Розгляньте небезпеку двополюсного дотику людини в електричних мережах змінного струму напругою до 1000 в.
А Б
На рис. 1 а показано прикосновение к двум полюсам однофазной сети. При этом ток через тело человека равен
.
В трехфазной (см. рис 1.б) сети ток через тело человека определяется линейным напряжением.
.
Аналіз небезпеки трифазної мережі змінного струму напругою до 1000в з ізольованою нейтраллю (неповне і глухе замикання).
При непонолном замыкании
Как правило, такие сети имеют малую длину (кабельные не более 100 м, воздушные не более 1 км). Следовательно, емкостью их относительно земли можно пренебречь.
На рис. 1 показаны: электрическая схема (а), векторная диаграмма до включения человека (б) и векторная диаграмма после включения человека (неполного замыкания фазы на землю).
А б в
Для
рис. 1. б, когда сеть исправна (
),
векторная диаграмма центрально
симметрична. Потенциал нейтрали сети
(точка «0») совпадает с потенциалом
земли. Значения фазных напряжений равны
(
).
Токи утечки, протекающие через
сопротивления изоляции
,
будут соответственно, равны
;
;
.
После включения человека (например, при касании к оголенному проводу 1-й фазы) симметрия нарушается, и сопротивление между этой фазой и землей изменится:
.
При
уменьшении сопротивления между проводом
фазы и землей, «земля» на векторной
диаграмме сместится в направлении
вектора данной фазы. В данном случае
вдоль вектора
(см. рис. 1. в). Напряжения фаз относительно
земли будут, соответственно, равны:
.
-
напряжение нейтрали относительно земли.
Для данного состояния сети справедливы следующие выражения:
;
.
Согласно 1-му закону Киргофа для узла токов («земля»):
,
(1)
где
;
;
;
.
(2)
Учтем, что
,
(3)
.
(4)
Решив
равнения (1; 2; 3; 4) совместно относительно
,
получим выражения для тока через тело
человека
.
(5)
Подставим в выражение (5) характерные значения напряжений и сопротивлений и убедимся, что минимальным сопротивлением изоляции в сети с напряжением до 1000 В должна быть величина 500 кОм, при которой величина тока не превышает 6 мА (меньше порогового неотпускающего тока)
Из выражения (5) вытекают следующие выводы:
- на исход поражения человека электротоком влияют: фазное напряжение, сопротивление тела человека и сопротивления изоляции фаз относительно земли (в том числе емкостным сопротивлением);
- сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли должно быть не менее 500 кОм (0,5 мОм);
- для снижения опасности поражения электротоком необходимо, чтобы кожа человека была чистой, сухой и не имела травм. Не допускаются к работе люди больные и находящиеся в состоянии алкогольного опьянения.
- в качестве дополнительных мер защиты следует применять диэлектрические коврики, щиты, перчатки, боты, инструмент с надежной изоляцией рукояток .
При глухом замыкании.
Состояние сети в нормальном режиме работы рассмотрено в предыдущем вопросе (см. рис. 1. б). На рис. 2 показаны: электрическая схема (а) и векторная диаграмма (б) после касания человека к фазе 1 и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.
а б
Как
отмечалось выше, при уменьшении
сопротивления между проводом фазы и
землей, «земля» на векторной диаграмме
сместится в направлении вектора данной
фазы. В данном случае «земля» сместится
одновременно вдоль векторов
и
.
Причем в направлении
это смещение значительно преобладает.
Это обусловлено тем, что сопротивление
замыкания провода фазы на землю как
правило значительно меньше сопротивления
тела человека:
.
-
напряжение, приложенное к телу человека.
Пренебрегая
проводимостью тела человека по сравнению
с проводимостью замыкания, можно считать,
что
.
То есть к телу человека приложено
линейное напряжение. Ток через тело
человека равен
.
(1)
При фазном напряжении 220 В через тело человека течет ток, превышающий пороговый фибрилляционный:
.
Из выражения (1) вытекают следующие выводы:
- на исход поражения человека электротоком влияют: линейное напряжение и сопротивление тела человека;
- допускается эксплуатировать только исправную сеть. Для этого необходим постоянный контроль изоляции сети;
- в качестве мер защиты следует применять диэлектрические коврики, щиты, перчатки, боты, инструмент с надежной изоляцией рукояток.