3. Влияние аварийных режимов работы электроустановок на электробезопасность

Наибольшую опасность поражения человека электрическим током в электроустановках вызывают замыкания на корпус и замыкания на землю.

Замыканием на корпус называется случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями и предметами, не изолированными от земли.

Если человек касается изолированных от земли металлических нетоковедущих частей электроустановки, то при замыкании на корпус он оказывается подключенным к одной из фаз электрической сети. Это условие следует классифицировать как косвенное однофазное прикосновение к токоведущим частям электроустановки, поэтому все формулы и выводы, полученные для прямого однофазного прикосновения в нормальном режиме работы электроустановки, будут справедливы для рассматриваемого случая.

Замыкание на землю, как это следует из определения , представляет собой резкое снижение сопротивления изоляции одной из фаз электроустановки относительно земли. При однофазном прикосновении к токоведущим частям это повлияет на значение тока проходящего через тело человека.

Наибольшая опасность поражения при замыкании на землю существует в сети с изолированной нейтралью, так как если при наличии в сети замыкания на землю человек касается одной из исправных фаз, то он окажется под напряжением близким к линейному напряжению источника питания.

Так как, в этом случае, человек попадает под напряжение в раз больше фазного, замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью представляет большую опасность (практически такую же как и при двухфазном прикосновении).

Замыкание на землю всегда сопровождается растеканием тока в грунте, а это приводит к возникновению нового условия поражения – включения под напряжение шага.

Стекание электрического тока в землю происходит через проводник, находящийся с землёй в непосредственном контакте случайно или преднамеренно.

При преднамеренном контакте проводник (или группа соединённых между собой проводников), находящийся в земле, называется заземлителем.

Основные причины стекания электрического тока в землю: замыкание токоведущей части на заземлённый корпус (при пробое изоляции токоведущей части на заземлённый корпус электрооборудования) и падение провода на землю. При этом происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения равного произведению тока, стекающего в землю на сопротивление, которое этот ток встречает на своём пути (т.е. сопротивление заземлителя растеканию тока):

где: - потенциал замели (напряжение относительно земли);

- ток стекающий в землю;

- сопротивление заземлителя.

Это явление используется как мера защиты от поражения электрическим током при случайном появлении напряжения на металлических нетоковедущих (проводящих) частях электрооборудования, которые с этой целью заземляют.

Следует иметь в виду, что при стекании электрического тока в землю возникают и отрицательные явления – появление потенциалов на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях электрооборудования, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Возникающие при этом разности потенциалов отдельных точек на поверхности земли могут достигать больших значений и представлять опасность для человека.

Таким образом, опасность поражения человека электрическим током при стекании тока на землю будет зависеть от многих факторов: значения электрического тока, стекающего в землю; конфигурации, размеров, числа заземляющих электродов; удельного сопротивления грунта и др.

Напряжение прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи электрического тока, которых одновременно касается человек (т.е. падение напряжения в сопротивлении тела человека):

,

где: - ток, проходящий через человека по пути рука-ноги;

- сопротивление тела человека.

Одна из точек будет иметь потенциал , а друга – потенциал основания где стоит человек,.

где: - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой:

.

Если корпуса группы оборудования, например, электродвигателей заземлены с помощью одиночного заземлителя, то при замыкании на корпус одного из них (рис. 2.15) на заземлителе и всех присоединённых к нему металлических частях, в том числе и на корпусах других электродвигателей, появится потенциал . Поверхность земли вокруг одиночного заземлителя также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой зависящей от формы и размеров заземлителя.

Рис.2.15. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе.

1 – потенциальная кривая;

2 – кривая, характеризующая измерение при изменениих.

Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземлённого корпуса электродвигателя, будет зависеть от расстояния между человеком и заземлителем (х) и определяется отрезком АВ на потенциальной кривой. Чем дальше человек находится от одиночного заземлителя, тем больше напряжение прикосновения и наоборот.

При наибольшем расстоянии наиболее опасный случай прикосновения, т.е. при (практически при) напряжениенаибольшее значение, при этом.

При наименьшем расстоянии, когда человек стоит непосредственно на заземлителе, т.е. при напряжениеи. В этом случае человек находится под потенциалом заземлителя, но он не подвергается воздействию напряжения прикосновения.

При других значениях расстояний (в пределах 0-20 м) плавно увеличивается при возрастании расстояния до заземлителя от 0 до, а– от 0 до 1.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи электрического тока, находящегося одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек (т.е. падение напряжения в сопротивлении тела человека):

где: - ток, проходящий через человека по пути нога-нога;

- сопротивление тела человека.

Напряжением шага будет являться разность потенциалов и, двух точек земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии (х) и (х+а) от заземлителя и на расстоянии шага одна от другой. При этом длина шага (а) принимается равной 0,8 м.

Напряжение шага, таким образом, будет:

.

Потенциалы

где: - коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой

.

Напряжение шага определяется отрезком АВ (рис. 2.16) длина которого зависит от формы потенциальной кривой, а величина изменяется от некоторого максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя.

Рис. 2.16. Напряжение шага при одиночном заземлителе.

При наименьшем расстоянии от заземлителя когда человек одной ногой стоит на заземлителе ибудут иметь наибольшие значения.

Наименьшие значения ибудут при бесконечно большом удалении от заземлителя.

За пределами зоны растекания тока (далее 20 м от заземлителя) значения ипрактически равны нулю.

На расстоянии менее 20 м ибудут иметь промежуточные значения, зависящие от типа заземлителя.

ВЫВОДЫ(к главе 2):

1. Основными причинами возникновения условий поражения человека электрическим током являются: случайное прикосновение (приближение) на недопустимое расстояние) к токоведущим частям находящимся под напряжением; аварийные режимы электроустановок (замыкание на корпус или замыкание на землю).

2. Наиболее характерные условия поражения человека электрическим током (схемы включения):

• двухполюсное прикосновение;

• однополюсное прикосновение;

• прикосновение к аварийному корпусу;

• включение под напряжение шага.

3. Различают прямой контакт человека с токоведущими частями электроустановки, находящимися под напряжением – прямое прикосновение, и косвенный – при контакте человека с открытыми проводящими частями (корпусами) электрооборудования, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции – косвенное прикосновение.

4. При двухполюсном (2-х фазном) прикосновении электрический ток, проходящий через тело человека одинаково опасен, как в сети с изолированной, так и в сети с заземлённой нейтралями.

Следует иметь ввиду, что при двухполюсном прикосновении опасность не уменьшается и в том случае, когда человек надёжно изолирован от земли.

5. Однополюсное (1 фазное) прикосновение менее опасно чем двухполюсное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного напряжения сети и следовательно, ток через тело человека меньше в 1,73 раза. На величину этого тока большое влияние оказывают: режим нейтрали источника тока; сопротивление изоляции сети; сопротивление земли; сопротивления основания (пола) и обуви человека.

Прикосновение человека к одной фазе в сети с изолированной нейтралью (при прочих равных условиях) менее опасно, чем в сети с заземлённой нейтралью.

6. При аварийных режимах сети (замыканиях на корпус и замыканиях на землю) наибольшую опасность представляют замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью так как при однополюсном прикосновении к исправной фазе человек оказывается под воздействием линейного напряжения.

7. Замыкание на землю сопровождается растеканием тока в земле, что приводит к возникновению в зоне растекания другого условия поражения – включения под напряжение шага.

Напряжение шага – это напряжение между двумя токами на поверхности земли, на расстоянии длины шага человека (в расчётах принимается расстояние 0,8 м).

При прикосновении человека, находящегося в зоне растекания к заземленному корпусу, человек попадает под напряжение прикосновения, которое равно разности потенциалов между проводящей частью (корпусом) и землёй при одновременном прикосновении к ним человека (разности потенциалов рук и ног).

8. ПУЭ приняты новые обозначения систем питания электроустановок до 1 кВ:

TN-C - 3-х фазные, 4-х проводные системы с глухозаземлённой нейтралью источника с занулением проводящих частей электрооборудования;

TN-S - 3-х фазные, 5-и проводные системы с глухозаземлённой нейтралью источника с занулением проводящих частей электрооборудования с использованием отдельного защитного проводника РЕ;

TN-C-S - система, в которой нейтраль источника глухозаземлена, а открытые проводящие части оборудования занулены, при этом функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников совмещены в одном проводнике (PEN) в какой-то части системы, начиная от источника питания;

IT - 3-х фазные, 3-х проводные системы с изолированной нейтралью источника и заземлением проводящих частей электрооборудования;

ТТ - система, в которой нейтраль источника глухозаземлена, а открытые проводящие части оборудования заземлены при помощи отдельно заземляющего устройства, электрически независимо от глухозаземлённой нейтрали источника.