5.3 Условия поражения человека электрическим током

Замыкание на землю в электроустановках происходит при повреждении изоляции и переходе фазного напряжения на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением, при замыкании на оболочку в кабельных линиях и по другим причинам.

При растекании тока в земле на ее поверхности появляется градиент потенциала, величина которого зависит от тока замыкания, удельного сопротивления грунта и конструкции заземлителя. Зона, в пределах которой существует градиент потенциала на поверхности земли, носит название зоны растекания. Обычно радиус зоны растекания не превышает 20 м.

Разность потенциалов между двумя точками, которых одновременно касается человек, носит название напряжение прикосновения. Численно оно равно разности потенциалов корпуса φ_к и точек почвы, которых касаются ноги человека, φ_ч :

U_пр=φ_к - φ_ч . (32)

Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя (места замыкания на землю) и за пределами зоны растекания тока равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.

φ_ос

U_пр=φ_з -φ_ос

I - потенциальная кривая; II - кривая, которая характеризует изменение напряжения прикосновения U_пр при изменении расстояния от заземлителя x

Рисунок 23 – Напряжение прикосновения при единичном заземлителе

Ток, проходящий через человека, обусловлен напряжением прикосновения:

. (33)

Предельно допустимые напряжения прикосновения нормируются в зависимости от длительности воздействия, рабочего напряжения установки и режима нейтрали трансформатора или генератора [18].

Шаговое напряжение - это напряжение между двумя точками цепи тока, которые находятся друг от друга на расстоянии шага и на которых одновременно стоит человек. Численно шаговое напряжение равно разнице потенциалов точек, на которых находятся ноги человека (рисунок 24).

I_з

Рисунок 24 – Шаговое напряжение

Шаговое напряжение прямо пропорционально длине шага и обратно пропорционально расстоянию от места замыкания на землю. За пределами зоны растекания тока (≈20м) напряжение шага равно нулю. При попадании под напряжение шага ток протекает по петле «нога-нога». Этот путь тока менее опасен, чем путь «рука-ноги». Действие этого тока выражается в судорогах в ногах, в результате которых человек теряет равновесие и падает. После падения цепь тока замыкается вдоль тела человека – через жизненно важные органы. Так как рост человека больше длины шага, то разность потенциалов при этом больше шагового напряжения.

Ток, проходящий через человека, обусловлен напряжением шага:

. (34)

Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям под напряжением

Анализ опасности электроустановок сводится к определению значения тока, который протекает через тело человека при различных возможных вариантах попадания его под напряжение.

Электрические сети бывают постоянного и переменного токов. Сети переменного тока бывают однофазные и многофазные. Наиболее распространенные - трехфазные сети переменного тока. По режиму нейтрали трансформатора или генератора трехфазные сети могут быть с изолированной или глухозаземленной нейтралью. Изолированной называют нейтраль, изолированную от заземляющего устройства или присоединенную к нему через аппараты с большим сопротивлением (трансформаторы напряжения, компенсационные катушки). Глухозаземленной называют нейтраль, присоединенную к заземляющему устройству непосредственно или через аппараты с малым сопротивлением (трансформаторы тока).

Для оценки опасности поражения в сетях 3-фазного тока необходимо определить путь тока через человека (схему замыкания), величину тока, протекающего через человека, и сравнить ее с допустимой величиной [51].

Рассмотрим схемы включения человека в электрическую сеть.

Однофазное прикосновение к сети с изолированной нейтралью при исправной изоляции. В этом случае величина тока, протекающего через человека, I_ч зависит от величины фазного напряжения U_f, сопротивления изоляции R_из и сопротивления тела человека R_ч:

, (35)

Если сопротивление изоляции велико (более 500 кОм), то такое прикосновение будет безопасно. При низком качестве изоляции сеть становится опасной, т.к. в этом случае величина тока, протекающего через человека, ограничивается только сопротивлением тела человека.

Однофазное прикосновение к сети с заземленной нейтралью опасно при любом сопротивлении изоляции, поскольку величина тока, протекающего через человека, в этом случае ограничивается только сопротивлением тела человека:

. (36)

В случае двухфазного прикосновения тяжесть поражения не зависит от режима нейтрали и качества изоляции, поскольку величина тока, протекающего через человека, также ограничивается только сопротивлением тела, но этот случай более опасен, чем однофазное прикосновение, т.к. напряжение, приложенное к человеку, оказывается в раз больше, чем при однофазном прикосновении:

. (37)

В случае пробоя фазы на корпус оборудования, которое в нормальных условиях не должно находиться под напряжением, человек, работающий с этим оборудованием, оказывается в режиме однофазного прикосновения.

Таким образом, наиболее безопасной является сеть с изолированной нейтралью при высоком качестве изоляции. Однако при увеличении протяженности сетей увеличивается паразитная емкость проводов относительно земли, что приводит к увеличению опасности поражения человека емкостной составляющей тока. Поэтому сети с изолированной нейтралью применяют только в тех случаях, когда протяженность сетей невелика и есть возможность постоянного контроля качества изоляции. В остальных случаях при напряжении сети до 1000 В применяют, как правило, сети с глухозаземленной нейтралью. Достоинством этих сетей является сохранение условий безопасности при ухудшении состояния изоляции и в аварийном режиме (пробое фазы на корпус). При напряжении выше 1000 В по технологическим требованиям сети с напряжением до 35 кВ включительно имеют изолированную нейтраль, а выше – глухозаземленную. Эти сети для человека одинаково опасны.

Анализ различных случаев прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей показывает следующее:

• менее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;

• при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;

• наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.