Нормирование предельно допустимых уровней (пду) токов и напряжений прикосновения

Безопасные значения токов, не вызывающие фибрилляцию сердца, были впервые установлены в Руководящих указаниях Американского общества инженеров электриков по защитным заземлениям переменного тока, благодаря работам лаборатории Дальзиела, его коллег и учеников в 50-х годах ХХ века:

мА,

где t – продолжительность протекания тока по организму человека, с.

Величина безопасного значения тока была установлена в лаборатории Дальзиела на основе обширного экспериментального материала, в который входили не только собственные испытания на моделирующих животных (обезьяны), но также материалы о воздействии предельных величин токов на человека по результатам казни на электрическом стуле в США и трофейные материалы нацистской Германии о измерениях предельных величин токов на пленённых людях во время мировой войны 1939...1945 гг.

Исследования, проведённые различными авторами в разных странах на животных при кратковременных воздействиях тока (60 Гц) от 1/120 до 5 с (Феррис, Коувенховен и др.), показали, что ток, вызывающий фибрилляцию сердца, в значительной мере зависит от продолжительности воздействия на организм животных.

В СССР в 1965 году была создана инициативная группа учёных (Киселёв А.П., Карякин Р.Н., Найфельд М.Р., Якобс А.И. и др.), которые развернули в 1967 году на страницах журнала “Промышленная энергетика” творческую дискуссию о необходимости введения в существующие нормативные документы и правила эксплуатации электроустановок ПДУ величин напряжений и токов прикосновения на основе существующих исследований в области электробезопасности.

Достаточно кропотливая работа учёных и различных организаций в области определения безопасных (предельно допустимых) токов через тело человека позволила создать первый нормативный документ системы стандартов безопасности труда в этой области ГОСТ 12.1.038-82 “ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов”.

Нормирование ПДУ напряжений прикосновения и токов предназначено для проектирования способов и средств защиты людей при взаимодействии с электроустановками производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц и осуществляется отдельно для каждого из следующих условий:

• нормальный (неаварийный) режим работы любой электроустановки;

• аварийный режим производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземлённой или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью;

• аварийный режим производственных электроустановок выше 1000 В переменного тока 50 Гц с эффективно заземлённой нейтралью;

• аварийный режим бытовых электроустановок напряжением до 1000 В переменного тока 50 Гц.

Аварийный режим электроустановки – работа неисправной электроустановки, при которой могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к электротравмированию людей, взаимодействующих с электроустановками.

Бытовая электроустановка – электроустановка, используемая в жилых, коммунальных и общественных зданиях всех типов, например, в театрах, кинотеатрах, клубах, школах, детских садах, магазинах, больницах и т.п., с которой могут взаимодействовать как взрослые, так и дети.

ПДУ установлены для путей протекания тока через тело человека: ладонь – ладонь (рука – рука) и ладонь – ступни (рука – ноги).

Для нормального (неаварийного) режима работы нормы ПДУ установлены, исходя из реакции ощущения (порога ощущаемого тока) и соответствуют продолжительности воздействия тока на организм человека не более 10 мин в сутки.

Предельные допустимые уровни напряжений и токов для нормального (неаварийного) режима (табл.3) должны уменьшаться в 3 раза для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25⁰С) и влажности (относительная влажность более 75%).

Таблица 3

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения U_пр и токи I_h, проходящие через человека, при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки (не более 10 мин)

Род и частота тока	Наибольшие допустимые значения
	Uпр, В	Ih, мА
Переменный, 50 Гц Переменный, 400 Гц Постоянный	2 3 8	0,3 0,4 1,0

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов при аварийных режимах производственных электроустановок установлены для путей тока через тело человека по путям: ладонь – ладонь (рука – рука) и ладонь – ступни (рука – ноги). При продолжительностях более 1 с (до 10 с) предельно допустимые токи соответствуют порогу отпускающего переменного тока и неболевого постоянного тока. Для переменных токов во всех случаях указываются действующие значения, а для выпрямленных – амплитудные. Наибольшие допустимые напряжения прикосновения U_пр и токи I_h, проходящие через человека, при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземлённой или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью при продолжительностях протекания не более 10 с, а также наибольшие допустимые напряжения прикосновения при аварийном режиме производственных электроустановок переменного тока 50 Гц напряжением выше 1000 В с эффективно заземлённой нейтралью приведены в табл. 4 и 5.

Таблица 4

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения U_пр и токи I_h, проходящие через человека,

Род и частота тока	Нормиру-емая величина	Продолжительность воздействия t, с
		0,01- 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	Более 1,0
Переменный, 50 Гц Переменный, 400 Гц Постоянный Выпрямлен-ный двух-полупериод-ный Выпрямлен-ный однополу-периодный	Uпр , B Ih , мA Uпр , B Ih , мA Uпр , B Ih , мA Uпр , B Ih , мA Uпр , B Ih , мA	650 650 650 650 650 650 650 650 650 650	500 500 500 500 500 500 500 500 500 500	250 250 500 500 400 400 400 400 400 400	165 165 330 330 350 350 300 300 300 300	125 125 250 250 300 300 270 270 250 250	100 100 200 200 250 250 230 230 200 200	85 85 170 170 240 240 220 220 190 190	70 70 140 140 230 230 210 210 180 180	65 65 130 130 220 220 200 200 170 170	55 55 110 110 210 210 190 190	50 50 100 100 200 200 180 180 150 150	36 6 36 8 40 15 - - - -

Таблица 5

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения при аварийном режиме производственных электроустановок переменного тока 50 Гц напряжением выше 1000 В с эффективно заземлённой нейтралью

Продолжительность воздействия тока, с	До 0,1	0,2	0,5	0,7	1,0	Более 1,0 до 5,0
Наибольшее допустимое значение Uпр , В	500	400	200	130	100	65

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов в аварийных режимах в бытовых электроустановках установлены значительно ниже подобных предельных уровней для промышленных электроустановок. Это объясняется тем, в этом случае электрическими приборами в ЭУ могут пользоваться дети. В указанных нормируемых величинах (табл. 6) значения напряжений и токов прикосновения установлены для детей с массой тела 15 кг.

Совпадение значений напряжения прикосновения в вольтах и токов в миллиамперах по абсолютной величине для значений напряжений U_пр ≤ 50 В объясняется принятым расчётным значением сопротивления тела человека для этого случая R_h = 1000 Ом. При этом U_пр = 1000 I_h.

Таблица 6

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения U_пр и токи I_h, проходящие через тело человека, при аварийном режиме бытовых электроустановок переменного тока частотой 50 Гц напряжением до 1000 В

Норми-руемая вели-чина	Продолжительность воздействия t , с
	0,01- 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	Более 1,0
Uпр , В Ih , A	220 220	200 200	100 100	70 70	55 55	50 50	40 40	35 35	30 30	27 27	25 25	12 2

Анализ опасности поражения в различных электрических сетях.

При рассмотрении электроустановок ниже 1000 В, широко применяемых на любых производствах и в быту следует иметь в виду, что применяются две системы трехфазного электроснабжения потребителей, отличающиеся выполнением нейтрали питающего трансформатора:

- трёхпроводная система с изолированной нейтралью (система IT);

0. четырёхпроводная (иногда пятипроводная) система с заземлённой нейтралью и дополнительными (кроме трех фазных проводов) одним или двумя нулевыми проводами (система TN).

Система IT – система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.

Система с изолированной нейтралью в электроустановках ниже 1000 В применяется (крайне редко) для питания наиболее ответственных электроприемников первой категории и особой группы первой категории, т.к. обеспечивает надёжное и бесперебойное их электроснабжение. Это объясняется тем, что однофазное замыкание в таких сетях приводит к протеканию по замкнутой цепи малого электрического тока, который не вызывает аварийных последствий для электрической сети. Существование такого режима допускается длительное время, достаточное для производства автоматических переключений и устранения замкнутой цепи без перерыва питания потребителей электрической сети.

На рис. 4 приведена электрическая схема прикосновения человека к фазному проводу трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью.

В этом случае весь ток замыкания будет протекать по телу человека. Величина этого тока может быть найдена из соотношения:

Без учета емкостной составляющей электрических сопротивлений фаз относительно земли, что справедливо для непротяженных электрических сетей, соотношение для определения тока существенно упростится

.

Подставляя, например, для сети напряжением 380/220 В U_ф= 220 В, R_h =1000 Ом, R_из=500000 Ом, получим I_h ≈ 1,25 мА.

На практике наиболее распространены четырёхпроводные сети с заземлённой нейтралью (система TN) питающего трансформатора (генератора), т.к. являются более экономичными и позволяют использовать их без всяких ограничений для питания трёхфазных и одофазных потребителей электрической энергии. Пятипроводные сети с заземленной нейтралью (характерны для технологически развитых стран) отличаются наличием двух проводов, подключенных к нейтрали питающего трансформатора (генератора), один из которых является нулевым проводником, предназначенным для пропуска рабочих токов электроустановки, а другой защитным проводником системы защитного зануления.

Система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

В современных нормативных правовых документах (ПУЭ, 7 издание, раздел 1) система TN имеет ряд подсистем (систем):

система TN-C, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (четырехпроводная система);

система TN-S, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (пятипроводная система);

система TN-C-S, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания.

На рис. 5 приведена схема включения человека в цепь замыкания в сети с заземлённой нейтралью. Величина тока через тело человека I_h в этом случае может быть найдена из соотношения:

Рис. 5 Схема включения человека в цепь замыкания в сети с заземленной нейтралью

Подставляя в формулу для сети 380/220 В U_ф =220 В, R_h=1000 Ом, R= 4 Ома, получим I_h ≈220 мА.

Сравнивая полученные в приведённых примерах значения тока через тело человека с предельно допустимыми уровнями (табл. 4), видим, что в первом случае (рис. 4) уровень тока оказывается безопасным, а во втором случае (рис. 5) ток через тело человека может оказаться смертельным.

Как указывалось выше, электрические сети с изолированной нейтралью (система IT) обладают особенностью, что однофазное замыкание является вынужденным, но нормальным режимом работы электроустановки. Этим объясняется возможный аварийный режим прикосновения к корпусу с поврежденной изоляцией или токоведущей части одной фазы, когда на другой фазе сети имеется замыкание на землю (рис. 6).

При аварийном режиме замыкания одной из фаз на землю в сети с изолированной нейтралью через малое активное сопротивление r_зм ток через тело человека можно получить из соотношения:

.

Напряжение прикосновения в этом случае можно получить из соотношения:

.

Легко убедиться, что токи и напряжения прикосновения превышают в этом случае ПДУ напряжений и токов прикосновения, поэтому при эксплуатации электроустановок до 1000 В в сетях с изолированной и глухозаземленной нейтралью необходимо применять технические средства защиты.

10.5. Классификация условий работ производственных помещений и электроустановок по степени опасности поражения электрическим током.

Условия работ (производственные помещения) в отношении опасности поражения людей электрическим током можно разделить на следующие категории:

- условия без повышенной опасности;

- условия повышенной опасности;

- особо опасные условия;

0. условия работ на открытом воздухе

1. наличие особо неблагоприятных условий.

Согласно ПУЭ признаками, характеризующими условия повышенной опасности, являются:

- наличие сырости или токопроводящей пыли (сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха длительно превышает 75%;

- наличие токопроводящих оснований (металлические, земляные, бетонные, железобетонные, кафельные, кирпичные и т.п. полы);

- высокая температура (жаркими помещениями называются помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура превышает постоянно или периодически (более 1 суток) +35⁰С);

- имеется возможность одновременного прикосновения:

с одной стороны – к имеющим соединение с землёй металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п.,

с другой стороны – к металлическим корпусам оборудования.

При наличии условий повышенной опасности для питания электроприёмников доступных прикосновению допускается применять малое напряжение не выше 42 В.

Признаками, характеризующими особо опасные условия, являются:

- особая сырость (особо сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100%, потолок, стены, пол и предметы покрыты влагой);

- наличие химически активной или органической среды (помещения с химически активной или органической средой называются помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

- наличие одновременно двух или более признаков повышенной опасности.

При наличии особо опасных условий для питания переносных светильников допускается применять малое напряжение не выше 12 В.

Работы на открытом воздухе относятся к особо опасным условиям независимо от климатических метеоусловий.

К особо неблагоприятным условиям (согласно ПОТ РМ-016-2001, 10) относятся работы в сосудах, аппаратах и других металлических емкостях с ограниченной возможностью перемещения и выхода.

По способу защиты человека от поражения электрическим током электротехнические изделия по ГОСТ 12.2.007.0 подразделяются на классы:

класс 0 – изделия, имеющие по крайней мере рабочую изоляцию и не имеющие элементов для заземления, если эти изделия не отнесены к классу II или III;

класс 0I – изделия, имеющие по крайней мере рабочую изоляцию, элемент для заземления и провод без заземляющей жилы для присоединения к источнику питания;

класс I – изделия, имеющие по крайней мере рабочую изоляцию и элемент для заземления; провод к источнику питания должен иметь заземляющую жилу и вилку с заземляющим контактом;

класс II – изделия, имеющие двойную или усиленную изоляцию и не имеющие элементов для заземления;

класс III – изделия, не имеющие ни внутренних, ни внешних электрических цепей с напряжением свыше 42 В. Изделия, получающие питание от внешнего источника, могут быть отнесены к классу III только в том случае, если они предназначены для присоединения непосредственно к источнику питания с напряжением не выше 42 В, у которого при холостом ходе оно не превышает 50 В. При использовании в качестве источника питания трансформатора или преобразователя его входная и выходная обмотки не должны быть электрически связаны и между ними должна быть двойная или усиленная изоляция.

Условия использования в работе электроинструмента и ручных электрических машин различных классов при различных условиях на месте производства работ регулируются ПОТ РМ0016-2001.