ot

тання сили струму або часу його протiкання викликає більше нагрiвання верхнього шару шкiри та інтенсивніше потовиділення у мiсцях контакту, що теж зменшує електричний опiр шкiри.

Найбiльший електричний опiр має верхнiй роговий шар шкiри,

який не містить кровоносних судин.

Опiр внутрiшних органiв залежить, у цiлому, вiд прикладеної напруги.

Оскiльки опiр тiла людини електричному струму є нелiнiйним та нестабiльним i вести розрахунки з такими опорами складно, дійшли висновку, що опiр тiла людини становить 1000 Ом.

Найбiльш небезпечним для людини є струм із частотою

20–200 Гц. Зi зниженням i пiдвищенням частоти небезпека ураження зменшується та цiлком зникає при частотi 450–500 кГц, хоча ці високочастотнi струми зберiгають небезпеку опiкiв.

Постiйний струм, який проходить крiзь тiло людини, порiвняно зі змiнним струмом з такими ж параметрами, викликає менш неприємнi вiдчуття. Однак це справедливо лише для напруг до 300 В.

З подальшим пiдвищенням напруги небезпека постiйного струму зростає i в iнтервалi напруг 400–600 В практично дорівнює небезпецi змiнного струму з частотою 50 Гц, а при напрузi понад 600 В постiйний струм є значно небезпечнiшим, ніж змiнний. Рiзкi больовi вiдчуття при пiдключеннi пiд постiйну напругу виникають у момент вмикання i розмикання кола. Вони зумовлюються струмами перехідного процесу, якi викликають судомне скорочення м’язiв.

Фактори неелектричного характеру. Зростання тривалостi протiкання струму крiзь людину збільшує тяжкiсть ураження за таких обставин: із зростанням часу протiкання струму опiр тiла зменшується (за рахунок зволоження шкiри вiд поту), струм підвищується, з часом вичерпуються захиснi сили органiзму, якi протистоять дiї електричного струму. Встановлено залежнiсть мiж допустимими для людини значеннями синусоїдального струму частотою 50 Гц i тривалiстю дiї цього струму (табл. 4.1).

Напрямок струму крiзь людину суттєво впливає на наслiдок ураження. Небезпечнiсть ураження особливо велика, якщо струм, який проходить крiзь життєво важливi органи – серце, легенi, головний мозок – впливає безпосередньо на всi органи. Якщо струм не проходить крізь ці органи, то його дiя на них є тiльки рефлекторною й імовiрнiсть ураження зменшується.

Шляхи струму по тiлу людини називають «петлями» струму. Найчастіше трапляється петля «права рука – ноги». До випадкiв з тяжкими та смертельними наслiдками призводять наступнi петлi струму: «рука – рука» (40% випадкiв), «права рука – ноги» (20% випадкiв); «лiва рука – ноги» (17% випадкiв); «нога – нога» (80% випадкiв).

Найбiльш небезпечнi петлi струму – це «голова – руки», «голова – ноги», «рука – рука», а найнебезпечніший шлях – «нога – нога».

320

Таблиця 4.1

Допустимi для людини значення струму при рiзному часі його дiї

Iндивiдуальнi особливостi людини значно впливають на тяжкість ураження при електротравмах, наприклад, струм, що є невiдпускаючим для одних людей, може бути пороговим для iнших. Характер дiї струму одних i тих самих параметрів залежить вiд маси людини i її фiзичного розвитку. Для жiнок порогове значення струму приблизно у 1,5 раза нижче, нiж для чоловiкiв. Ступiнь впливу струму залежить вiд стану нервової системи, депресiї, хвороби (особливо захворювань шкiри, серцево-судинної i нервової систем тощо). Крім того, помічено, що сп’янiла людина значно чутливiша до протiкаючого струму. Важливу роль вiдiграє i фактор уваги. Якщо людина пiдготовлена до електричного удару, то ступiнь небезпеки рiзко зменшується, у той час як несподiваний удар призводить до набагато тяжчих наслiдкiв.

Фактори навколишнього середовища. Несприятливий вплив факторiв навколишнього середовища на небезпечнiсть ураження електричним струмом знайшов своє вiдображення в нормативних матерiалах. Виробничі примiщення за ступенем небезпеки ураження людей електричним струмом відповідно до ПУЕ i ГОСТ 12.1.013-78 подiляють на три категорiї.

1)Примiщення без пiдвищеної небезпеки характеризуються нормальною вологiстю та вiдсутнiстю пилу, наявнiстю неструмопровiдної (iзольованої) пiдлоги. В них вiдсутнi ознаки двох iнших класiв. У бiльшостi випадків до примiщень без пiдвищеної небезпезпеки належать кабiнети, зали, лабораторiї, приладні дiлянки машинобудiвних заводiв.

2)Примiщення з пiдвищеною небезпекою має одну з наступних ознак:

•пiдвищена температура (температура повiтря тривалий час перевищує 35°С або короткочасно перевищує 40°С незалежно вiд пори року i рiзноманiтних теплових випромiнювань);

•пiдвищена (понад 75%) вiдносна вологiсть повiтря;

•наявність струмопровiдного пилу (металевий, вугiльний тощо) на обладнаннi та провiднику;

321

•струмопровiдна пiдлога (металева, земляна, залiзобетонна, цегляна тощо);

•можливість одночасного доторкання людини до металоконструкцiї будiвлi, яка має сполучення з землею, та технологiч-

ного апарата або механiзмiв, з одного боку, i до металевих корпусiв електрообладнання – з іншого.

До цiєї групи примiщень належать складські неопалюванi примiщення, механiчнi цехи та дiлянки з нормальною температурою, вологiстю, без видiлення пилу, але зi струмопровiдною пiдлогою.

3)Примiщення особливо небезпечнi, якi характеризуються наявністю однієї з таких ознак:

•особлива сирiсть (вiдносна вологiсть повiтря близько 100%, коли стеля, стiни, пiдлога та предмети в примiщеннi вологі);

•хiмiчно активне середовище (примiщення, в яких постiйно або тривало наявні пари або утворюються вiдкладення, що дiють руйнівно на iзоляцiю та струмопровідні частини електрообладнання);

•одночасна наявність двох або бiльше умов пiдвищеної небез-

пеки.

Внутрiшнi або зовнiшнi електроустановки, якi експлуатуються на вiдкритому повiтрi або пiд навiсом, прирiвнюються до електроустановок в особливо небезпечних примiщеннях.

Види робіт за ступенем електробезпеки подiляються за тими самими ознаками на роботу без пiдвищеної небезпеки, пiдвищеної небезпеки та особливо небезпечну.

Клас примiщень за небезпекою ураження струмом враховують при виборi допустимої напруги переносних свiтильникiв, яка в примiщеннi без пiдвищеної небезпеки становить 42 В, з пiдвищеною небезпекою – 24 В, в особливо небезпечних – 12 В.

4.5.3.Небезпека напруги кроку та розтікання струму при замиканні на землю

Електричним замиканням на землю називають випадковим електричним з’єднанням частин електрообладнання, яке перебуває під напругою, безпосередньо з ґрунтом або з металевими неструмопровідними частинами, не ізольованими від землі.

Замикання на землю може виникнути внаслідок появи контакту між струмопровідними частинами та заземленим корпусом або конструктивними частинами обладнання, при падінні на землю обірваного дроту, при пробої ізоляції обладнання високої напруги тощо. У всіх цих випадках струм від частин, що перебувають під напругою, проходить у землю крізь електрод, який здійснює контакт із ґрунтом. Спеціальний металевий електрод називають заземлювачем.

Розміри електрода можуть бути різними (від десятків метрів до сотень); його форма буває дуже складною, і тоді закон розподілу

322

потенціалів в електричному полі електрода визначається складною залежністю. Склад, а також електричні якості ґрунту – неоднорідні, особливо якщо взяти до уваги шарову його будову.

З метою спрощення картини електричного поля і його аналізу припустимо, що струм стікає до землі крізь окремий заземлювач напівкульової форми, занурений в однорідний та ізотропний ґрунт з питомим опором ρ, який у багато разів перевищує питомий опір матеріалу заземлювача (рис.4.8).

U

Uз

x dx

xз A

Рис. 4.8. Розтікання струму в ґрунті крізь напівкульовий заземлювач

Якщо другий електрод перебуває на достатньо великій відстані, лінії струму поблизу досліджуваного заземлювача будуть спрямовані по радіусах від центра напівкулі. При цьому лінії струму будуть перпендикулярними як до поверхні самого заземлювача, так і до будьякої півкулі у ґрунті, концентричної з ним.

Оскільки ґрунт однорідний та ізотропний, струм розподіляється по цій поверхні рівномірно. Отже, густина струму в точці А на поверхні ґрунту на відстані х від заземлювача визначається як відношення струму замикання Iз на землю до площі поверхні півкулі радіусом х:

Ця поверхня є еквіпотенціальною.

Для визначення потенціалу точки А, яка лежить на поверхні з радіусом х, виділимо елементарний шар товщиною dx. Падіння напруги в цьому шарі буде таким:

Потенціал точки А (або напруга цієї точки відносно землі) дорівнює сумарному падінню напруги від точки А до нескінченно віддаленої точки з нульовим потенціалом:

323

Напруженість електричного поля в точці А визначається за зако-

Якщо підставити у формулу 4.6 відповідні значення з формул 4.4, 4.5 та 4.7, то одержимо:

Це й є потенціал точки А, який ми шукали. Якщо взяти до уваги,

Останній вираз є рівнянням гіперболи, тому потенціали точок ґрунту у полі розтікання змінюються за гіперболічним законом (рис. 4.8).

Такий розподіл потенціалів пояснюється формою провідникаґрунта, поперечний переріз якого зростає пропорційно квадрату відстані від центра заземлювача х2.

Якщо провідник (наприклад дріт) має постійний переріз по всій довжині, то падіння напруги на будь-якій ділянці буде пропорційним довжині цієї ділянки (рис. 4.9а). Провідник, що має форму конуса (рис.4.9б), чинить різний опір струму на різних ділянках однакової довжини, бо переріз цих ділянок є різним. Ґрунт поблизу заземлювача можна розглядати як провідник конічної форми з вершиною у центрі заземлювача та кутом при вершині γ = 180°.

Найзначніше падіння напруги виявлено біля заземлювача, а щодо віддаленіших ділянок ґрунту, то вони мають більший поперечний переріз і чинять менший опір струмові.

Якщо точка А буде на значній відстані від електрода, тобто х> , її потенціал дорівнюватиме нулю. При наближенні точки А до центра електрода збільшується і потенціал на поверхні електрода, де від-

Це й є потенціал електрода або напруга електрода відносно землі. Оскільки матеріал заземлювача (метал) має питомий опір значно менший, ніж ґрунт, падіння напруги на заземлювачі дуже мале, і поверхню заземлювача можна вважати еквіпотенціальною. Корпус

електрообладнання матиме такий самий потенціал, якщо не брати до уваги опір з’єднувальних дротів. Напругою корпусу електрообладнання відносно землі називають напругу між корпусом і точками ґрунту, потенціали яких можуть бути прирівняні до нуля.

I

Рис. 4.9. Падіння напруги у провіднику:

а– циліндричної форми; б – конічної форми, γ – кут при вершині конусу

Уколі замикання на землю найбільший потенціал має заземлювач. Точки, які лежать на поверхні ґрунту, мають тим менший потенціал, чим далі вони розташовані від заземлювача: потенціал найвіддаленіших точок ґрунту прямує до нуля. Зону поверхні ґрунту, потенціал якої дорівнює нулю, називають електротехнічною землею. Густина струму в землі також дорівнює нулю.

Ділянка ґрунту, яка лежить поблизу заземлювача, де потенціал не дорівнює нулю, називають полем розтікання (струму).

Опір заземлювача розтіканню струму (опір розтіканню) можна визначити як сумарний опір ґрунту від заземлювача до будь-якої точки

знульовим потенціалом (землі). Для напівкульового заземлювача, який міститься в однорідному ізотропному ґрунті, опір розтіканню можна визначити з рис 4.8. Опір елементарного провідника або шару

x

Якщо замість правої частини рівняння 4.14, із рівняння 4.11, під-

Останнє рівняння витікає також із закону Ома.

Таким чином, опір струму замикання на землю чинить ґрунт, який перебуває у полі розтікання. За межами поля розтікання ґрунт є провідником з нескінченно великим поперечним перерізом і не чинить опору струмові. Тому опір заземлювача не залежить від відстані між заземлювачами, включеними у коло послідовно.

Вираз 4.14 справедливий тільки для напівкульового заземлювача. Опір розтіканню для заземлювачів інших форм визначається за формулами, наведеними у додатку Ж.

Напруга дотику. Для людини, яка стоїть на ґрунті і торкається заземленого корпусу, який перебуває під напругою (рис. 4.10), напруга

Оскільки людина торкається корпусу, тоді потенціал руки ϕр є по-

На рис. (4.10) показано кілька корпусів споживачів (електродвигунів), які приєднані до заземлювача RЗ. Потенціал на поверхні ґрунту при замиканні на корпус будь-якого споживача розподіляється по кривій I. Потенціали всіх корпусів однакові, оскільки вони електрично пов’язані між собою заземлюючим проводом, падінням напруги у якому можна знехтувати.

Щоб визначити напругу дотику корпусу, треба відповідно до рівняння 4.16 із напруги відносно землі вирахувати потенціал точки ґрунту, на якому стоїть людина. Для людини, яка стоїть над заземлювачем, напруга дотику є нульовою, тому що потенціали рук та ніг однакові й дорівнюють потенціалу корпусів. З віддаленням від заземлювача напруга дотику зростає, і біля останнього – третього корпусу – вона дорівнює напрузі відносно землі, оскільки людина стоїть на землі і потенціал її ніг ϕн дорівнює нулю; з (4.16) маємо:

326

Вирази 4.21 та 4.23 дають змогу обчислити напругу дотику без урахування додаткових опорів у електричному колі тіла людини: опору взуття Rвз, опору опорної поверхні ніг Rн розтіканню струму або опору підлоги. Повний опір кола людини буде таким:

Rch = Rh + Rвз + Rн = αRh . (4.24)

2

Напруга дотику з урахуванням додаткових опорів у електричному колі тіла людини:

де α2 – коефіцієнт, який ураховує падіння напруги у додаткових опорах кола тіла людини:

Коефіцієнт α2 може бути визначено, якщо відомі додаткові опори. Значення опору взуття може бути в широких межах (від кількох омів до кількох мегаомів), тому у зовнішньому електрообладнанні, а також у вологих приміщеннях опором взуття можна знехтувати.

Опір опорної поверхні ніг можна визначити, якщо уявити ноги людини як два напівкульових заземлювача (радіусом хн) (рис. 4.11), включених паралельно, тоді

н 4πxн

де ρS – питомий опір поверхневого шару ґрунту; хH – еквівалентний радіус опорної поверхні ніг (хH = 7 см).

ρS

Рис. 4.11. Розіткання струму в ґрунті з опорної поверхні ніг людини

Збудь-яким наближенням можна використовувати ці рівняння

ідля врахування опору підлоги, на якій стоїть людина.

Струм крізь людину при дотику до заземлених неструмопровідних частин, які виявилися під напругою, визначається з рівняння 4.26. Якщо взяти до уваги, що

Коефіцієнт α1 залежить від відстані між точкою, на якій стоїть людина, і заземлювачем. Якщо людина стоїть над заземлювачем (х=хz), тоді α1 = 0, напруга дотику і струм крізь людину також дорівнюють нулю. Людина, яка стоїть на землі поза полем розтікання (х>20 м), потрапляє під напругу дотику, яка дорівнює напрузі відносно землі (якщо не брати до уваги коефіцієнт α2).

Напруга кроку. Людина, яка перебуває в полі розтікання заземлювача, опиняється під напругою кроку, якщо її ноги – у точках з різними потенціалами. На рис.4.12 показано розподіл потенціалів у полі розтікання одиночного заземлювача. Напруга дотику визначається як різниця потенціалів поміж точками А та Б:

Оскільки точка А віддалена від заземлювача на відстань х, потенціал її з даними рівняння 4.9 при напівкульовому заземлювачі ста-

Точка Б відстоїть від заземлювача далі, ніж точка А, на розмір кроку людини а, тому відстань поміж заземлювачем і точкою Б до-

Рис. 4.12. Напруга кроку:

а) – загальна схема; б) – розтікання струму з опорної поверхні ніг людини

де β1 – коефіцієнт напруги кроку, який враховує форму потенціальної кривої.

330

Для напівкульового заземлювача цей коефіцієнт становитиме:

Для заземлювачів іншої форми, й особливо для ґрупових, рівняння для визначення коефіцієнта β1 буде складнішим. Значення його наведені в додатку І.

Напруга кроку, як і напруга дотику, залежить від опору опорної поверхні ніг та опору взуття. Вплив цих опорів ураховується коефіцієнтом

Очевидно, додатковий опір у колі людини, що потрапила під напругу кроку (рис. 4.12), відрізняється від додаткових опорів у колі людини, яка потрапила під напругу дотику. Так, опір опорної поверхні ніг

Опір взуття при напрузі кроку також у 4 рази більший від подібного опору при напрузі дотику. Тому можна припустити, що β2 = α2/4.

Остаточно за аналогією з напругою дотику напруга кроку буде такою:

Струм крізь людину, яка потрапила під напругу кроку, визнача-

Рівняння 4.43 й є залежністю протікання струму крізь людину, що потрапила під напругу кроку, від струму замикання на землю: Ih=ϕ(Iз).

Коефіцієнт напруги кроку, який ураховує форму потенціальної кривої β1, залежить від форми та конфігурації заземлювача і положення відносно заземлювача тієї точки, в якій він визначається. Що ближче до заземлювача, то більше β1. І якщо людина стоїть над заземлювачем, β1 набуває максимального значення. Людина, яка перебуває поза полем розтікання заземлювача (на землі х→∞), зовсім не потрапляє під напругу кроку, оскільки β1 = 0, і Uк = 0. Напруга кроку може дорівнювати нулю, якщо обидві ноги людини розташовуються на еквіпотенціальній лінії.

Слід зазначити, що залежність напруги кроку від відстані до заземлювача є протилежною залежності для напруги дотику, яка зростає зі збільшенням відстані. Якщо порівняти коефіцієнти α1 і β1, які враховують форму потенціальної кривої (для напівкульового зазем-

331

лювача), то максимальне значення β1 буде меншим такого ж значення α1. Найбільший коефіцієнт напруги дотику при х→∞ дорівнює одиниці. Найбільша напруга кроку спостерігається поблизу заземлювача, особливо якщо людина стоїть однією ногою над заземлювачем у точці з потенціалом, який дорівнює Uз, а другою – на відстані кроку від заземлювача, при цьому х = хз і

Таким чином, без урахування додаткових опорів у колі людини, максимальна напруга кроку є меншою, ніж напруга дотику. Якщо взяти до уваги, що більше α2 >> β2, то напруга кроку виявляється значно меншою напруги дотику.

Окрім того, протікання струму по спадній петлі «нога – нога» безпечніше, ніж петля «рука – рука». Проте помічено чимало випадків ураження людей під дією напруги кроку. Це пояснюється тим, що під дією струму в ногах виникають судоми і людина падає, а після падіння коло струму замикається вздовж її тіла крізь дихальні м’язи та серце, причому людина може замкнути точки з більшою різницею потенціалів, оскільки її зріст завжди є більшим за довжину її кроку.

Допустимі струми та напруги були визначені з урахуванням критерію електробезпеки професора А.П. Кисельова, згідно з яким:

де Q – критерій електробезпеки, мА•с; Іh – струм крізь тіло людини, А; τ – тривалість протікання струму, с.

Професор Кисельов установив: якщо добуток струму, Іh, який протікає крізь людину, за час протікання τ не перевищує 50...65 мА•с, то це забезпечує безпеку з досить малою вірогідністю ураження.

Обчислені з урахуванням критерію допустимі струми та напруги призначені для використання при розрахунках захисних пристроїв від ураження електричним струмом – захисних заземлень, занулень тощо.

4.5.4.Небезпека ураження в електричних мережах різного типу

Оцінка безпеки дотику до струмопровідних частин зводиться до визначення струму, що протікає крізь людину, і порівняння його з допустимими значеннями.

Безпека ураження при дотику до струмопровідних частин залежить від номінальної напруги електроустановки і режиму нейтралі джерела живлення.

За напругою ПУЕ розрізняють електроустановки (мережі) напругою до 1 кВ та електроустановки напругою вище 1 кВ. За режимом нейтралі бувають електроустановки (мережі) з ізольованою нейтрал-

332

лю джерела живлення (генератора або трансформатора) і глухозаземленою нейтраллю джерела живлення.

Рівень безпеки та ступінь ураження залежать від того, яким чином відбулося включення людини в електричну мережу. Розрізняють двофазовий (одночасний дотик до двох фаз) та однофазовий дотик (включення) людини до струмопровідних частин. Статистка свідчить, що частіше трапляються однофазові дотики. Небезпека такого дотику в трифазових мережах в основному залежить від режиму нейтралі джерела живлення (ізольована чи глухозаземлена).

Розглянемо дотик до однієї фази в мережі з ізольованою нейтраллю (рис. 4.13). Для спрощення розрахунків вважаємо, що мережа симетрична, а саме: симетричні й однаково активні опори ізоляції фаз, а також ємності та ємнісні опори, тобто для такої мережі є справедливими наступні рівняння:

Струм, що проходить крiзь тіло людини при дотику до однієї з фаз у нормальному режимі, визначається таким рівнянням у комплекс-

де U – фазна напруга мережі; Rh – опір тіла людини, Ом; Z – повний опір фаз відносно землі, Ом.

Аналіз рівняння 4.47 показує, що при симетричних опорах між фазними дротами і землею струм крізь людину тим менший, чим більші ці опори.

Рис. 4.13. Дотик до фази в мережі з ізольованою нейтраллю

333

У мережах з напругою до 1 кВ малої довжини ємність дротів відносно землі мала, С = 0, тоді Z = R, опір фази відносно землі дорівнює активному опору ізоляції і рівняння набуває вигляду:

h 3

де R – активний опір ізоляції фаз відносно землі, Ом.

Рівняння (4.48) показує значення ізоляції як фактора безпеки: що вище опір ізоляції R, то меншим буде струм крізь людину. Тому короткі повітряні мережі з ізольованою нейтраллю, малою ємністю, високим опором ізоляції не становлять значної небезпеки при дотику до фази.

Мережі з глухозаземленою нейтраллю мають малий опір між нейтраллю і землею Rо, тому при дотику людини до фази струм через неї практично не залежить вiд опору ізоляції та ємності мережі відносно землі (рис. 4.14).

де Rо – робоче заземлення нейтралі, Ом.

Оскільки опір тіла людини не нижче 1 кОм, а опір заземлення нейтралі не перевищує 10 Ом, людина в цьому випадку перебуває практично під фазовою напругою, що є надто небезпечним.

Враховуючи все сказане, можна дійти висновку, що в нормальному режимі значно безпечнішою є мережа з ізольованою нейтраллю, малої ємності та з надійною ізоляцією порівняно з мережею з глухозаземленою нейтраллю.

Рис. 4.14. Дотик людини в мережі з глухозаземленою нейтраллю із напругою до 1 кВ

334

В аварійному режимі мережі з ізольованою нейтраллю є, навпаки, більш небезпечними, бо в цьому випадку людина потрапляє під лінійну напругу. При замиканні однієї з фаз на землю в мережі встановлюється режим, при якому одна з фаз набуває потенціалу землі, а дві інші – лінійні потенціали Uл.

Збільшення напруги двох «неушкоджених» фаз у 3 неприпустиме, оскільки фазова ізоляція розрахована на лінійну напругу Uл; однофазові споживачі навантаження підпадають під значну напругу, збільшується небезпека ураження електричним струмом внаслідок збільшення напруги від фазної Uф до лінійної Uл.

Уперіод аварійного режиму роботи більш безпечною є чотирипроводова мережа з глухозаземленою нейтраллю, оскільки людина потрапляє в цьому випадку під фазову напругу.

Мережі з глухозаземленою нейтраллю треба використовувати там, де неможливо забезпечити надійну ізоляцію дротів з причини високої вологості, агресивності середовища тощо, або коли не можна швидко знайти та усунути пошкодження ізоляції, коли ємнісні струми – великі (кабельні лінії). Це міські та сільські мережі, мережі крупних підприємств тощо.

Двофазовий дотик людини до мережі, незалежно від режиму нейтралі, завжди небезпечний, бо людина опиняється під лінійною напругою Uл.

Умережах з напругою понад 1000 В з технологічних вимог та вимог техніки безпеки перевагу слід надати мережам з глухозаземленою нейтраллю (забезпечується швидке відключення пошкодженої ділянки реле захисту).

Умережах з напругою понад 1000 В через велику ємність між дротами і землею захисна роль ізоляції дротів повністю втрачається

ідля людини є однаково небезпечним дотик до дроту мережі як з ізольованою, так і глухоізольованою нейтраллю, тобто дотик до таких мереж є рівнозначним дотику до обкладок трансформатора.

4.5.5.Основні технічні заходи захисту в електроустановках. Причини ураження

електричним струмом та основні заходи захисту

Основні причини нещасних випадків від дії електричного струму:

•випадковий дотик, наближення на небезпечну відстань до струмопровідних частин, що перебувають під напругою;

•поява напруги дотику на металевих конструктивних частинах електроустаткування (корпусах, кожухах тощо) у результаті пошкодження ізоляції або з інших причин;

•поява напруги на відключених струмопровідних частинах, на яких працюють люди, внаслідок помилкового включення установки;

335

•виникнення напруги кроку на поверхні землі через замикання проводу на землю.

Основними заходами захисту від ураження електричним струмом є:

•забезпечення недоступності струмопровідних частин, що перебувають під напругою, для випадкового дотику;

•електричний поділ мережі;

•усунення небезпеки ураження з появою напруги на корпусах, кожухах та інших частинах електроустаткування, що досягається захисним заземленням, зануленням, захисним відключенням;

•застосування малих напруг;

•захист від випадкового дотику до струмопровідних частин застосуванням кожухів, огорож, подвійної ізоляції;

•захист від небезпеки при переході з вищої на нижчу напругу;

•контроль і профілактика пошкоджень ізоляції;

•компенсація ємнісної складової струму замикання на землю;

•застосування спеціальних електрозахисних засобів – переносних приладів і запобіжних пристроїв;

•організація безпечної експлуатації електроустановок. Застосування малих напруг. Якщо номінальна напруга електро-

установки не перевищує тривало допустимої напруги дотику, знижується небезпека ураження електричним струмом. Найбільший ступінь безпеки досягається при малих напругах 6–12 В при живленні споживачів від акумуляторів, гальванічних елементів, випрямних установок, перетворювачів частоти, знижувальних трансформаторів на напругу 12, 24, 36, 42 В. Використання малих напруг обмежується труднощами створення протяжної мережі, тому вони застосовуються у ручних електрифікованих інструментах, переносних лампах, лампах місцевого освітлення, сигналізації.

Електричний розподіл мережі. Розгалужена мережа великої довжини має значну ємність і малий активний опір ізоляції щодо землі. Струм замикання на землю в такій мережі може бути значним. Якщо єдину сильно розгалужену мережу з великою ємністю і малим опором ізоляції розділити на ряд невеликих мереж такої самої напруги, які матимуть незначну ємність і високий опір ізоляції, небезпека ураження різко знизиться. Звичайно електричний розподіл мереж здійснюється шляхом підключення електроприймачів через розподільний трансформатор окремих електроприймачів, що живляться від основної розгалуженої мережі.

Захист від небезпеки при переході з вищої напруги на нижчу. При пошкодженні ізоляції між обмотками вищої і нижчої напруг трансформатора виникає небезпека переходу напруги і, як наслідок, небезпека ураження людини, виникнення займання і пожеж. Способи захисту залежать від режиму нейтралі. Мережі напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю, сполучені через трансформатор з мережа-

336

ми напругою вище за 1000 В, мають бути захищені пробивним запобіжником, установленим у нейтралі чи фазі з боку нижчої напруги трансформатора. Тоді у випадку пошкодження ізоляції між обмотками вищої і нижчої напруг цей запобіжник пробивається і нейтраль або фаза нижчої напруги заземлюється. Напруга нейтралі щодо землі Uз = Із•R0. Заходом захисту є зниження цієї напруги до безпечного заземлення нейтралі з опором R0 ≤ 4 Ом.

Пробивні запобіжники застосовуються, коли вища напруга є більшою за 1000 В. Якщо вища напруга буде нижчою за 1000 В, пробивний запобіжник не спрацює. Тому вторинні обмотки знижувальних трансформаторів для живлення ручного електроінструмента і ручних ламп малою напругою заземлюють.

Контроль і профілактика пошкоджень ізоляції. Профілактика пошкоджень ізоляції спрямована на забезпечення її надійної роботи. Насамперед необхідно виключити механічні пошкодження, зволоження, хімічний вплив, запилення, перегріви. Але навіть у нормальних умовах ізоляція поступово втрачає свої початкові властивості, «старіє». З часом розвиваються місцеві дефекти. Опір ізоляції починає різко зменшуватися, а струм витоку – непропорційно зростати. У місці дефекту з’являються часткові розряди струму, ізоляція вигорає. Відбувається так званий пробій ізоляції, внаслідок чого виникає коротке замикання, що, у свою чергу, може спричинити пожежу чи ураження людей струмом.

Щоб підтримувати діелектричні властивості ізоляції, необхідно систематично виконувати профілактичні випробування, огляди, видаляти непридатну ізоляцію і заміняти її.

Періодично в приміщеннях без підвищеної небезпеки не рідше одного разу на два роки, а в небезпечних приміщеннях – кожні півроку перевіряють відповідність опору ізоляції нормі. При виявленні дефектів ізоляції, а також після монтажу мережі, її ремонту на окремих ділянках, відключення мережі між кожним проводом і землею та між проводами різних фаз проводять вимірювання. При цьому в силових колах відключають електричні приймачі, апарати, прилади; в освітлювальних – відгвинчують лампи, а штепсельні розетки, вимикачі та групові щитки залишають приєднаними. Перед початком вимірювань необхідно переконатися в тому, що на досліджуваній ділянці мережі (між двома запобіжниками або за останнім запобіжником) або на устаткуванні ніхто не працює і воно відключене. Кабелі, шини, електричні машини, повітряні лінії, конденсатори «розряджають на землю», тобто торкаються заземленим проводом відключених струмопровідних частин кожної фази, знімаючи залишковий ємнісний заряд. Значення виміряного опору ізоляції має бути не нижчим за норму, зазначену в ПУЕ (не менше 0,5 МОм/фазу ділянки мережі напругою до 1000 В).

Для вимірювання використовують прилад – мегаомметр

на напруги 500, 1000, 2500 В з межами вимірів 0–100, 0–1000,

337

0–10000 МОм. Щоб мати уявлення ще й про опір ізоляції всієї мережі, вимірювання потрібно проводити під робочою напругою з підключеними споживачами. Такий контроль можливий тільки в мережах з ізольованою нейтраллю (у мережі з заземленою нейтраллю постійний струм приладу контролю ізоляції замикається через заземлення нейтралі, і мегаомметр показуватиме нуль).

Застосовується також постійний (безперервний) контроль ізоляції – вимірювання опору ізоляції під робочою напругою протягом усього часу роботи електроустановки без автоматичного відключення. Відлік опору ізоляції здійснюється за шкалою приладу. При зниженні опору ізоляції до гранично допустимого чи нижче, прилад подає звуковий або світловий сигнал або обидва сигнали разом. З вітчизняних приладів контролю ізоляції найбільшого поширення одержали ПКІ, РУВ, УАКІ, М-143, МКН-380, Ф-419. Найпростішим засобом контролю ізоляції є вольтметр. В установках напругою до 1000 В вольтметри підключають безпосередньо до фаз, а в установках з напругою понад 1000 В – через вимірювальний трансформатор.

На підприємствах широко застосовується випробування ізоляції підвищеною напругою. Цей метод є найбільш ефективним для виявлення місцевих дефектів ізоляції і визначення її міцності, тобто здатності довгостроково витримувати робочу напругу. Електричні машини й апарати випробовують струмом промислової частоти, як правило, протягом 1 хв. Подальша дія струму може вплинути на якість ізоляції. Значення випробної напруги нормується залежно від номінальної напруги електроустановки і виду ізоляції.

Захист від випадкового дотику до струмопровідних частин. Щоб виключити можливість дотику або небезпечного наближення до відкритих струмопровідних частин, слід забезпечити недоступність за допомогою захисних засобів, огорож, блокувань чи розташування струмопровідних частин на недоступній висоті в недоступному місці. Огорожі бувають як суцільні, так і сітчасті (сітка 25×25 мм). Суцільні огорожі у вигляді кожухів і кришок використовують для електроустановок напругою до 1000 В. Сітчасті огорожі застосовують в установках напругою до 1000 В і вище.

За допомогою блокувань захищають електроустановки напругою понад 250 В, у яких часто виконують роботи на необгороджених струмопровідних частинах. Блокування забезпечує зняття напруги зі струмопровідних частин електроустановок при проникненні до них без зняття напруги. За принципом дії блокування поділяють на механічні, електричні й електромагнітні. Електричні блокування розривають коло контактами, встановленими на дверях огорож, кришках і дверцятах кожухів. Механічні блокування застосовують в електричних апаратах (рубильниках, пускачах, автоматах). В апаратурі автоматики, обчислювальних машинах і радіоустановках використовують блокові схеми: коли блок висувається або віддаляється зі свого місця, штепсельне рознімання розмикається. Таким чином,

338

блок відключається автоматично при відкриванні його струмопровідних частин. Використання блокувань є також доцільним для попередження помилкових дій персоналу при переключеннях у розподільних пристроях і на підстанціях.

Для захисту від дотику до частин, що перебувають під напругою, застосовується подвійна ізоляція – електрична ізоляція, що складається з робочої і додаткової. Робоча ізоляція – ізоляція струмопровідних частин електроустановки. Додаткова ізоляція виконується виготовленням корпусу з ізолюючого матеріалу (електропобутові прилади).

Компенсація ємностей складової струму замикання на землю.

Струм замикання на землю, як і струм крізь людину в мережі з ізольованою нейтраллю, залежить не тільки від опору ізоляції, а й від ємності мережі щодо землі. Контроль і профілактика пошкоджень ізоляції дають змогу підтримувати її опір на високому рівні. Ємність фаз щодо землі не залежить від будь-яких дефектів; вона визначається загальною довжиною мережі, висотою підвісу проводів повітряної мережі, товщиною фазної ізоляції живильного кабелю, тобто геометричними параметрами. Тому ємність мережі не може бути знижена. У процесі експлуатації ємність мережі змінюється лише за рахунок відключення і включення окремих ліній, що визначається потребами електропостачання.

Оскільки неможливо зменшити ємність мережі, зниження струму замикання на землю досягається шляхом компенсації його ємнісної складової індуктивністю. При цьому компенсаційна котушка включається між нейтраллю і землею, як показано на рис. 4.15. При замиканні на землю в трипроводовій мережі з ізольованою нейтраллю струм проходить через перехідний опір r′ (провідність g′) і далі через опір ізоляції двох інших фаз rb та rc (провідності gb і gc) і паралельно крізь ємності Сb і Сс (провідності bb і bc). Цей струм має дві складові – активну Ir й ємнісну Ic (рис. 4.15 б). На векторній діаграмі показано суму струмів до (рис. 4.15 б) і після (рис. 4.15 в) компенсації.

До активної і ємнісної складових струму замикання на землю додаються активний та індуктивний струми компенсаційної котушки (наявність активної складової пояснюється активними втратами в котушці). Ємнісна й індуктивна складові перебувають у протифазі

іпри настроюванні в резонанс взаємно знищують одна одну. Активні складові складаються, тобто струм замикання на землю Ізк = Іr + Іка

істає значно меншим, ніж до компенсації (тут Iка – активний струм компенсаційної котушки). У разі неповної компенсації ємності може бути деяка ємнісна складова струму замикання на землю (при недокомпенсації); індуктивна – при перекомпенсації. Проте в обох випадках струм замикання на землю знижується.

Компенсаційні котушки іноді називають дугогасними, оскільки, зменшуючи струм замикання на землю, вони сприяють гасінню дуги між струмопровідними і заземленими частинами і тим самим

339