3.4.7. Умови ураження людини електричним струмом

Аналіз небезпеки електроустановок зводиться до визначення

значення струму, котрий протікає через тіло людини при різних

можливих варіантах потрапляння її під напругу внаслідок дотику до

струмоведучих частин електричних мереж, неструмоведучих частин

електроустановок, котрі опинились під напругою при пошкодженні

ізоляції, або внаслідок спинення під напругою кроку, а також до оцінки

впливу різних чинників та параметрів мережі на небезпеку ураження.

Електричні мережі бувають постійного та змінного струмів. Мережі

змінного струму бувають однофазові та багатофазові. Найбільш

поширені — трифазові мережі змінного струму. За режимом нейтралі

трансформатора або генератора трифазові мережі можуть бути

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

з ізольованою або глухозаземленою нейтраллю. Ізольованою називають

нейтраль, ізольовану від заземлювального пристрою або приєднану до

нього через апарати з великим опором (трансформатори напруги,

компенсаційні котушки). Глухозаземленою називають нейтраль,

приєднану до заземлювалюного пристрою безпосередньо або через

апарати з малим опором (трансформатори струму).

Небезпека мереж однофазового струму. Однофазові мережі

та мережі постійного струму можуть бути ізольованими від землі,

мати заземлений полюс або середню точку.

При однополюсному дотику до провідника (рис. 3.11) людина

виявляється під'єднаною до другого провідника через опір

розтіканню струму.

З огляду на те, що однофазові мережі змінного струму мають невелику

протяжність, ємністю провідників відносно землі можна знехтувати,

а для мереж постійного струму ємність не враховується, оскільки струм

розтікання через ємність рівняється нулю. З метою спрощення можна

вважати, що струми розтікання обох провідників однакові, тобто

r,=r2=r (3.2

Значення сили струму, що протікає через людину, отримане

з еквівалентної схеми:

Іл = _ . ор , (З-3)

г + /Кл

де U — напруга, В;

Нл — опір тіла людини, Ом;

г — струми розтікання провідників.

4

1П І Іг2 *'

Рис. 3.11. Схема дотику до провода ізольованої мережі

________ Розділ З

Дотик людини до незаземленого провідника мережі з заземленим

полюсом (рис.3.12) зумовлює протікання струму через тіло людини

U

L

(3.4)

Кл + RO '

де RO — опір заземлення полюса, Ом.

Однак, враховуючи, що R0«Rn, вважаємо, що

(3.5)

= R,

Рис. 3.12. Схема дотику до незаземленого провода мережі з заземленим полюсом

Дотик до справного провідника при замиканні іншого провідника

на землю (рис.3.13). Цей дотик зумовлює струм через тіло людини

U

(3.6)

Rn

де RK — опір короткого замикання, Ом.

Рис. 3.13. Схема дотику до провода несправної мережі

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

При дотику до одного з проводів мережі з заземленою середньою

точкою (рис. 3.14). Людина опиняється під напругою, котра складає

половину напруги мережі:

/л = (3J>

2(Rn + R3}>

де /?, — опір заземлення середньої точки, Ом.

І*

1

Рис. 3.14. Схема дотику до провода мережі з заземленою середньою точкою

Двополюсний дотик (рис. 3.15). Людина опиняється під напругою

мережі. Сила струму в цьому випадку визначається за формулою:

/л = (38)

я;

Аналіз наведених вище формул свідчить, що найбільш небезпечним

є двополосний дотик за будь-якого режиму нейтралі відносно землі,,

оскільки в цьому випадку струм, котрий протікає через тіло людини,

визначається лише опором її тіла. Найменш небезпечним є дотик до

провідника ізольованої мережі за нормального режиму роботи.

Рис. 3.15. Схема дотику до двох проводів мережі

_________________________________________Розділ З

Небезпека трифазових електричних мереж з ізольованою

нейтраллю. Провідники електричних мереж відносно землі мають

ємність та активний опір — опір розтікання, рівний опору ізоляції та

шляху струму на землю (рис.3.16). Загалом ці ємності та опори

розтікання різні. З метою спрощення аналізу припускаємо, що вони рівні,

тобто С =С,=С =С та r =r=r =r.

a b с а о с

Дотик людини до одного з фазових проводів (однофазовий дотик)

справної мережі. При такому дотику провідність цього провідника

відносно землі зменшується і відбувається зміщення нейтралі, тобто

перекос фаз (рис.3.16). Струм, що проходить через тіло людини,

виражається залежністю:

(3.9)

де иф — фазова напруга мережі, В;

Z — комплексний опір фазового провідника відносно землі;

Z = (3.10)

1 + jcarC'

де co=2jtf — кутова частота мережі;

/ — частота струму.

• с

• в

• А

Рис. 3.16. Схема дотику до однієї фази справної мережі

У випадку коротких електричних мереж (при малих ємностях

фазових проводів відносно землі ОО) вираз для значення сили струму

через людину запишеться так:

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

При двофазовому дотику (рис. 3.17) людина потрапляє під лінійну

напругу, і струм через людину визначається за виразом:

1»-%*-, (3.12)

пл

де Un — лінійна напруга мережі: ил = -\/ЗС7ф

г«

-/"WN , , .. . _ ,, , А

;(.!'

X S S f SS S / X

Рис. З 17. Схема дотику до двох фаз справної мережі

В аварійному режимі роботи мережі за умови замикання однієї

з фаз на землю (рис. 3.18) струм, котрий проходить через людину,

доторкнувшись до справної фази, виразиться залежністю:

и„

пл + лк

де RK — опір короткого замикання, Ом.

Якщо перехідним опором RK в місці замикання на землю можна

знехтувати порівняно з опором ланки людини, то

1^=~, (3.14)

270

Розділ З

Рис. 3.18. Схема дотику до справної фази несправної мережі

Таким чином, при дотику до одного з фазових проводів мережі

з ізольованою нейтраллю в нормальному режимі струм через людину

залежить від опору втрати та ємності мережі відносно землі.

Замикання однієї з фаз на землю значно підвищує небезпеку

однофазового дотику, оскільки в цьому випадку людина опиняється

під напругою, близькою до лінійної. Найнебезпечнішим є двофазовий

дотик.

Небезпека трифазових електричних мереж з глухозаземленою

нейтраллю. Трифазові електричні мережі

з глухозаземленою нейтраллю мають малий опір між нейтраллю та

землею. Напруга будь-якої фази справної мережі відносно землі дорівнює

фазовій напрузі. Струм через людину при однофазовому дотику

(рм/с

сс. 3.19) визначається за виразом:

n R* , (3.15)

"л + Ко

де R0 — опір робочого заземлення нейтралі.

Опором робочого заземлення нейтралі (R0«10 Ом) можна

знехтувати порівняно з опором ланки людини, тому

~ ' л -Г " (З.І6)

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

5

=f R0

Рис 3.19 Схема дотику до однієї фази справної мережі

При двофазовому дотику (рис. 3.20) людина опиняється під лінійною

напругою, як і в мережах з ізольованоюлейтраллю, і струм через людину

визначається за виразом:

'л =-5а (3.17)

Рис. 3.20. Схема дотику до двох фаз справної мережі

В аварійному режимі, коли одна з фаз мережі замкнена на землю,

відбувається перерозподіл напруги, і напруга справних фаз відносно землі

відрізняється від фазової напруги мережі. Доторкнувшись до справної фази,

людина опиняється під напругою и' л, котра більша, ніжфазова, але менша,

ніж лінійна (рис. 3.21), і струм, що проходить через тіло людини:

(3.18)

Розділ З

Таким чином, дотик до справної фази при замиканні другої фази на

землю небезпечніший, ніж дотик до фази в нормальному режимі роботи

трифазової мережі з глухозаземленою нейтраллю, а найбільш

небезпечним є двофазовий дотик.

-с

-в

-А

-О

ї

Рис 321 Схема дотику до справної' фази несправної мережі

Аналіз різних випадків дотику людини до проводів трифазових

електричних мереж показує наступне.

— найменш небезпечним є однофазовий дотик до провода справної

мережі з ізольованою нейтраллю;

—7 при замиканні однієї з фаз на землю небезпека однофазового дотику

до справної фази більша, ніж в справній мережі за будь-якого режиму нейтралі;

/— найбільш небезпечним є двофазовий дотик за будь-якого режиму

нейтралі.

Напруга дотику — це напруга між двома точками ланки струму,

котрих одночасно торкається людина. Чисельно вона дорівнює різниці

потенціалів корпуса q>K та точок грунту, в котрих знаходяться ноги

людини <рн (рис. 3.22), тобто

_13р( 1 1\_/3 рХ -Х

идот = <Рк -<Рн (3.19)

2л X, X 2л: X

або

ил (3.20)

Величину а називають коефіцієнтом напруги дотику. В межах зони

розтікання струму а <1, а за межами цієї зони « = 1.

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

Напруга дотику зростає зі збільшенням віддалі від заземлювача, і за

межами зони розтікання струму вона дорівнює напрузі на корпусі обладнання.

Струм, що протікає через людину:

І , (3.21)

Рис. 3.22. Напруга дотику при одинарному заземлювачі:

І — потенційна крива, II — крива, що характеризує зміну напруги дотику Unp при зміні

відстані від заземлювача х

Крокова напруга — це напруга між двома точками ланки струму,

котрі знаходяться одна від одної на віддалі кроку і на котрих одночасно

стоїть людина. Чисельно крокова напруга дорівнює різниці потенціалів

точок, на котрих знаходяться ноги людини (рис. 3.23).

При розташуванні однієї ноги людини на віддалі х від заземлювача

та ширині кроку а (в практичних розрахунках а =0,8 м)

або

ах,

(3.231

Розділ З

Аналогічно напрузі дотику

U№ -U3P ' (3 24)

де /З — коефіцієнт крокової напруги, котрий залежить від виду

заземлювачів, відстані від заземлювача та ширини кроку (чим ближче

до заземлювача і чим ширший крок, тим більша величина /?);

(3.25)

Рис. 3.23. Крокова напруга

Напруга дотику максимальна біля заземлювача і зменшується

з віддаленням від заземлювача. Поза межами поля розтікання вона рівна

нулю. Крокова напруга також зростає зі збільшенням ширини кроку.

Струм, зумовлений кроковою напругою:

7 = (3.26)

я„

Умови ураження людини напругою дотику та кроковою напругою

різні, оскільки струм протікає різними шляхами. При напрузі дотику —

через грудну клітку, а при кроковій напрузі — по нижній петлі. Значна

крокова напруга викликає судоми в ногах, людина падає, потім ланка

струму замикається вздовж всього тіла людини.

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

3.4.8. СИСТЕМИ ЗАСОБІВ І ЗАХОДІВ

БЕЗПЕЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК

Застосовувані в електроустановках захисні заходи умовно можна

поділити на дві групи: ті, що забезпечують безпеку при нормальному

режимі роботи електроустановок і ті, що забезпечують безпеку при

аварійному режимі роботи.

Технічні засоби безпечної експлуатації'

електроустановок за нормальних режимів роботи

Електрична ізоляція — це шар діелектрика або конструкція,

виконана з діелектрика, котрим вкривається поверхня струмоведучих

частин, або котрим струмоведучі частини відділяються одна від одної.

Стан ізоляції характеризується її електричною міцністю, діелектричними

втратами та електричним опором. Ізоляція запобігає протіканню струмів

через неї завдяки великому опору.

З метою забезпечення надійної роботи ізоляції здійснюються

профілактичні заходи. Перш за все слід виключити механічні

пошкодження, зволоження, хімічний вплив, запилення. Але навіть за

нормальних умов ізоляція постійно втрачає свої початкові властивості,

старіє. З плином часу виникають місцеві дефекти, в зв'язку з чим опір

ізоляції починає різко знижуватись, а струм втрат — зростати. В місці

дефекта з'являються часткові розряди, ізоляція вигорає. Відбувається

так званий пробій ізоляції, внаслідок чого виникає коротке замикання,

котре може призвести до пожежі або до ураження струмом. З метою

запобігання цього здійснюється періодичний і безперервний контроль

ізоляції. Періодичний контроль ізоляції передбачає вимірювання

активного опору ізоляції у встановлені правилами терміни (1 раз на

З роки), а також при виявленні дефектів. Вимірювання опору ізоляції

здійснюється на вимкненій електроустановці за допомогою мегомметра.

Встановлено норми опору ізоляції різних електроустановок.

Наприклад, опір ізоляції силових та освітлювальних електропроводів

повинен бути не менше 0,5 МОм. Дієвим захисним засобом є використання

подвійної ізоляції. В цьому випадку, крім робочої основної ізоляції,

Розділ З

застосовується додаткова ізоляція. Вона призначена для захисту від

ураження струмом у випадку пошкодження робочої ізоляції. Захисна

подвійна ізоляція може забезпечити безпеку при експлуатації будь-якої

електроустановки. Прикладом може бути електрична дриль з пластмасовим

корпусом. Однак пластмаса має невисоку механічну міцність, ненадійне

з'єднання з металом. Область застосування подвійної ізоляції —

електроустановки невеликої потужності. При пошкодженні робочої ізоляції

перехід напруги на корпус та потрапляння людей під напругу дотику

неможливі.Однак подвійна ізоляція не виключає небезпеки ураження при

дотику до струмоведучих частин внаслідок часткового пошкодження

корпуса або приремонтах. З подвійною ізоляцією виготовляють апаратуру

електропроводок (розподільчі коробки, вимикачі, розетки, вилки, патрони

ламп розжарення), переносні світильники, електровимірювальні прилади,

електрифіковані ручні інструменти Сдриль, дискова пилка, рубанок тощо)

та деякі побутові прилади.

Дотик до струмоведучих частин завжди небезпечний, навіть

в мережі напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю, з доброю

ізоляцією та малою ємністю, не кажучи вже про мережі з заземленою

нейтраллю та мережі з напругою понад 1000 В. В останньому випадку

небезпечне навіть наближення до струмоведучих частин.

В електроустановках напругою до 1000 В застосування ізольованих

проводів забезпечує достатній захист від ураження при дотику до них.

Однак ізольовані дроти, котрі знаходяться під напругою понад 1000В,

не менш небезпечні, ніж оголені. В цих випадках одним із засобів

забезпечення безпеки є стаціонарні огороджувальні пристрої. Вони

поділяються на суцільні та сітчасті. Суцільні огородження у вигляді

кожухів та кришок застосовуються в електроустановках напругою до