Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям

Степень опасности прикосновения человека к неизолирован­ным токоведущим частям электроустановок, находящихся под на­пряжением, зависит от вида прикосновения и вида электрической сети. Прикосновения могут быть одно- и двухфазными в трехфаз­ных сетях, а так же одно- и двухполюсными в однофазных сетях.

Двухфазное и двухполюсное прикосновения весьма опасны, так как че­ловек оказывается под номинальным напряжением источника элек­троэнергии. Значение тока, проходящего через человека, определяется

/ = U/R,

ч н' ч*

где У — номинальное напряжение источника, В; /? — сопротивле­ние человека, Ом.

Согласно ПУЭ («Правила устройства электроустановок») при напряжении до 1000 В применяются трехфазные сети: трехпровод­ная с изолированной нейтралью, четырехпроводная с заземленной нейтралью.

Рассмотрим случай однофазного прикосновения в этих сетях в об­щем виде. Вначале рассмотрим прикосновение человека к фазно­му проводу трехфазной четырехпроводной сети, у которой нейтраль заземлена через активное и индуктивное сопротивления г₀ и XL = = (oL_q, а сопротивления изоляции проводов (Ом), так же как и ем­кости проводов (Ф) относительно земли, не равны между собой, т. е. г, *г_{г Ф}г_г фг, С^С₂±С_ъф С * 0.

Это наиболее сложный случай, однако выводы, полученные при его рассмотрении, могут быть распространены путем простейших преобразований на другие трехфазные сети.

На рис. 2.9 показаны рассматриваемая сеть и ее эквивалентная схема в момент прикосновения человека.

_s pW. ■ а»* ■ ■ I ■ ■ 3

Рис. 2.9. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырекпроводной сети с нейтралью, заземленной через активное и индуктивное сопротивления: з - схвма сети; 6 - эквивалентная схема; 1, 2, 3 - номера фазных проводов;

И - нулевой провод

■jm

I ш

2

Полные проводимости изоляции фазных и нулевого проводов относительно земли и заземления нейтрали в комплексной форме

У_и ⁼ Wr_H + j_taCfj, Y₀ = 1/г₀ + у/(св/.₀), полная проводимость чело­века (См): Y_h = 1 / R_b.

При прикосновении человека к одной из фаз (например, фаза 1) напряжение прикосновения определится выражением (В)

(2.2)

0_пр=0,-и_п

а ток через человека будет равен (А)

/_А=ад=(4-4К,

где £/, — комплексное напряжение фазы I (фазное напряжение), В; U_Q — комплексное напряжение между нейтралью источника тока и землей (между точками 00' на эквивалентной схеме) (В).

и.

По методу двух узлов U₀ выражается зависимостью (В)

^Y\ ^{+ У}г ⁺ К ^{+ Y}h ⁺ К ⁺ К

С учетом того, что для симметричной трехфазной системы 0,=и_ф- U,=a%; 0,=аи_ф,

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ОХРАНА ТРУДА 1

Учебное пособие для вузов 1

ПРЕДИСЛОВИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 6

1.1.ИДЕНТИФИКАЦИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ ; -г; и НОМЕНКЛАТУРА ОПАСНОСТЕЙ 16

1.2.КЛАССИФИКАЦИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА 24

1.3.АТТЕСТАЦИЯ РАБОЧИХ МЕСТ ПО УСЛОВИЯМ ТРУДА 31

1.4.ИСТОЧНИКИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА 37

= Б. 50

оЖ 70

2. ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗВРЕДНЫХ И БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА 122

/А=ад=(4-4К, 171

т! 205

• \ /К /!' 205

i 5 5 205

. К = — 332

п п о 619

будем иметь

. ₌ у_{1 + 0}У_{2 + 0}у₃ + у;

⁰ *Y,+y₂+Yi + Y_H+Y_a+Y_h'

Подставив это выражение в (2.2), получим уравнение напряже­ния в комплексной форме, приложенное к телу человека, прикос­нувшегося к фазе 1 трехфазной четырехпроводной сети с нейтра­лью, заземленной через активное и реактивное сопротивления (В):

"" ♦ У, + У_г* V, + У„ + Y, + Y„ ' ¹¹

Ток, проходящий через человека, получим, если умножим это выражение на У_д:

,-йу-иу^{-

Пользуясь уравнениями (2.3) и (2.4), определим U и /_А при при­косновении человека к фазе наиболее распространенных трехфаз­ных сетей: четырехпроводной с глухозаземленной нейтралью и трехпроводной с изолированной нейтралью.

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной ^

нейтралью •;

Выражения для £/ и /_д в случае прикосновения человека к фазе этой сети (рис. 2.10) аналогичны выражениям (2.3) и (2.4); лишь полная проводимость заземления нейтрали имеет иное значение:

Y₀=Ur₀. (2.5)

При нормальном режиме работы сети проводимости фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с У₀ имеют малые значения и с некоторым допущением могут быть приравне­ны к нулю: )

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ОХРАНА ТРУДА 1

Учебное пособие для вузов 1

ПРЕДИСЛОВИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 6

1.1.ИДЕНТИФИКАЦИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ ; -г; и НОМЕНКЛАТУРА ОПАСНОСТЕЙ 16

1.2.КЛАССИФИКАЦИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА 24

1.3.АТТЕСТАЦИЯ РАБОЧИХ МЕСТ ПО УСЛОВИЯМ ТРУДА 31

1.4.ИСТОЧНИКИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА 37

= Б. 50

оЖ 70

2. ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗВРЕДНЫХ И БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА 122

/А=ад=(4-4К, 171

т! 206

• \ /К /!' 206

i 5 5 206

. К = — 333

п п о 619

Согласно ПУЭ г₀ не должно превышать 10 Ом; сопротивление же тела человека R_h не опускается ниже нескольких сотен ом. Следова­тельно, без большой ошибки в (2.6) и (2.7) можно пренебречь зна­чением /*р и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфаз­ной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением (У_ф, а ток, прохо­дящий через него, равен частному от деления £/_ф //?_д.

При аварийном режиме, когда одна из фаз се ти, например, фаза 3 (см. рис. 2.10), замкнута на землю через относительно малое сопро­тивление г уравнение (2.3) имеет следующий вид:

и = и. - — .

^{пр ф} y^Y^Y„

Рис. 2.10. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме; а - схема сети; 6 - векторная диаграмма напряжений

Здесь мы приняли, что У_р Y₂ и Y_H малы по сравнению с У₀, а У₃ — по сравнению с Y_Q и К_н, т. е. приравнены нулю.

Выполнив соответствующие преобразования и учтя, что У_м=1/г_м; К=1/г; У=1/г, получим напряжение прикосновения в действи­тельной форме (В):

+ 3 r_wr₀ + з)²

^пр ил ' _r , р(_r , , 'I

C/o ⁺ "л 1^Гз» + 0 /

С целью упрощения этого выражения сделаем допущение, что

3^/Ь ^ 2V3г_тг_в.

В результате получим

(2.8)

(2.9)

О/с + ^ (г„ + О

Ток через человека будет равен (А)

Л» +^ra'ft

^ ^^Ф/’з_м^/'0+^Л,л(^+^/'о)’

Рассмотрим два характерных случая, ’

1. Если принять, что сопротивление замыкания провода на зем­лю г_т равно нулю, то уравнение (2.8) примет вид U = С/_фу13 .

Следовательно, в данном случае человек окажется под воздей­ствием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления ней­трали г₀, то U = U , т. е. напряжение, под которым окажется чело-. век, будет равно фазному напряжению. ■

Однако в практических условиях сопротивления г_зм и г₀ всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается че­ловек, прикоснувшийся в аварийном режиме к исправному фазно­му проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного, т. е. ^;

(2.10)

г/ф>/з > f/_np >и_ф.

Это положение иллюстрируется векторной диаграммой на рис.

2.10.

Таким образом, прикосновение человека к исправному фазному проводу сети с заземленной нейтралью в аварийный период более опасно, чем при нормальном режиме.

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

Рис. 2.11. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехлроводкой сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы

Так, выражение для тока в комплексной форме будет (А)

(2.11)

При нормальном режиме работы рассматриваемой сети напряже­ние £/_р и ток /_А в период касания человека к одной фазе, например фазе 1 (рис. 2.11), определяются уравнениями (2.3), (2.4), в которых надо принять Y_H= Y₀ = 0.

3

2

Пользуясь этим выражением, оценим опасность прикосновения к фазному проводу при равенстве сопротивлений изоляции и отсут­ствии емкостей (короткие воздушные сети), т. е. при л, = г_г = л₃ = г, С, = С₂ = С₃ = 0, ток через человека будет

К = ^/(*W3). (2.12)

В сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, при­коснувшегося к одному из фазных проводов в период нормальной рабо­ты сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается.

При аварийном режиме работы сети (рис. 2.12), когда возникло замыкание фазы (например, фазы 3) на землю через малое активное сопротивление проводимость двух других фаз можно принять равной нулю.

Рис. 2.12. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпрояодной сети С изолированной нейтралью при аварийном режиме: a - схема сети; 6 - векторная диаграмма напряжений (при условии, что = К₂ = К_а = 0|

Тогда, подставив в уравнение (2.11) К, = У_г = 0, получим ток, протекающий через человека:

После преобразований получим выражение для тока в действи­тельной форме

Л

(2-13)

^Kh ^{+ Г}₃м

Напряжение прикосновения будет

7з

^U«p = ¹Л =^и* „ , ■ • (2.14)

ⁿt\ зм

Если принять, что г_ы — 0, получим U_np = С/_ф V3 , т. е. человек ока­жется под линейным напряжением сети.

Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.