Короткий путь http://bibt.ru
9.2. Схемы возможного включения человека в цепь электрического тока.
В процессе эксплуатации электроустановок не исключена возможность случайного прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Прикосновение будет наиболее опасным, если человек стоит на земле или проводящем основании (пол, площадка) и обувь его обладает некоторой электропроводностью.
Прикосновение человека к токоведущим частям может быть однофазным (однополюсным в цепях постоянного тока) или двухфазным (двухполюсным). В обоих случаях образуется электрическая цепь, одним из участков которой окажется тело человека. Путь тока через человека в первом случае может быть «рука - ноги». Во втором случае - «рука - рука». Возможны и другие схемы включения человека в электрическую цепь, например при касании токоведущих частей лицом, шеей, спиной и др. или включение «нога - нога».
При двухфазном (двухполюсном) включении человек оказывается под полным рабочим напряжением электроустановки и ток, проходящий через него, будет равен
I чел = U л /R чел, (9.1)
где U л - линейное напряжение; R чел - сопротивление тела человека.
При однополюсном (однофазном) прикосновении, которое встречается чаще, ток, протекающий через человека, будет зависеть не только от напряжения электроустановки и сопротивления тела человека, но и от других факторов: режима нейтрали источника питания, состояния изоляции сети, состояния (электропроводности) пола, обуви человека, влажности воздуха и др.
Так как от сопротивления электрической цепи R существенно зависит величина электрического тока, проходящего через человека, то тяжесть поражения во многом определяется схемой включения человека в цепь. Схемы образующихся при контакте человека с проводником цепей зависят от вида применяемой системы электроснабжения.
Наиболее распространены электрические сети, в которых нулевой провод заземлен, т. е. накоротко соединен проводником с землей. Прикосновение к нулевому проводу практически не представляет опасности для человека, опасен только фазный провод. Однако разобраться, какой из двух проводов нулевой, сложно - по виду они одинаковы. Разобраться можно используя специальный прибор - определитель фазы.
На конкретных примерах рассмотрим возможные схемы включения человека в электрическую цепь при прикосновении к проводникам.
Двухфазное включение в электрическую цепь
Наиболее редким, но и наиболее опасным, является прикосновение человека к двум фазным проводам или проводникам тока, соединенным с ними (рис. 1).
В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука-рука», г. е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела ()
Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380-220 В, то сила тока, проходящего через человека, будет равна
Это смертельно опасный ток Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависить прежде всего от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока (разорвет электрическую цепь), ибо время воздействия в этом случае является определяющим.
Значительно чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается с фазным проводом или частью прибора: аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).
Анализ опасности поражения практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых он может оказаться при эксплуатации электроустановок, или напряжения прикосновения. Опасность поражения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.
Каковы схемы включения человека в электрическую цепь?
Наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами электрической сети, между одной фазой и землей. Кроме того, возможно прикосновение к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, а также включение человека под шаговое напряжение.
Что называется нейтралью трансформатора (генератора) и каковы режимы ее работы?
Точка соединения обмоток питающего трансформатора (генератора) называется нейтральной точкой, или нейтралью. Нейтраль источника питания может быть изолированная и заземленная.
Заземленной называется нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).
Изолированной называется нейтраль генератора или трансформатора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы).
Что положено в основу выбора режима нейтрали?
Выбор схемы сети, а следовательно, и режима нейтрали источника тока производят исходя из технологических требований и условий безопасности.
При напряжении до 1000 В широкое распространение получили обе схемы трехфазных сетей: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью.
По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, она использует два рабочих напряжения - линейное и фазное. Так, от четырехпроводной сети 380 В можно питать как силовую нагрузку - трехфазную, включая ее между фазными проводами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводами, т. е. на фазное напряжение 220 В. При этом становится значительно дешевле электроустановка за счет применения меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т. п.
По условиям безопасности выбирают одну из двух сетей исходя из положения: по условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период - сеть с заземленной нейтралью. Поэтому сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети и когда емкость сети относительно земли незначительна. Это могут быть мало разветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала. Примером могут служить сети небольших предприятий, передвижные установки.
Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию электроустановок (из-за высокой влажности, агрессивной среды и пр.) или нельзя быстро отыскать и устранить повреждение изоляции, когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для жизни человека. К таким сетям относятся сети крупных промышленных предприятий, городские распределительные и пр.
Существующее мнение о более высокой степени надежности сетей с изолированной нейтралью недостаточно обоснованно.
Статистические данные указывают, что по условиям надежности работы обе сети практически одинаковы.
При напряжении выше 1000 В вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ - заземленную.
Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, для человека одинаково опасно прикосновение к проводу сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. Поэтому режим нейтрали сети выше 1000 В по условиям безопасности не выбирается.
Какова опасность двухфазного прикосновения?
Под двухфазным прикосновением понимается одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 1).
Рис. 1. Схема двухфазного прикосновения человека к сети переменного тока
Двухфазное прикосновение более опасно. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека по одному из самых опасных для организма путей (рука-рука), будет зависеть от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети, а также от сопротивления тела человека:
- U л - линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети;
- R чел - сопротивление тела человека.
В сети с линейным напряжением U л = 380 В при сопротивлении тела человека R чел = 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, будет равен:
Этот ток для человека смертельно опасен. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Следовательно, двухфазное прикосновение одинаково опасно как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при условии равенства линейных напряжений этих сетей).
Случаи прикосновения человека к двум фазам происходят сравнительно редко.
Чем характеризуется однофазное прикосновение?
Однофазным прикосновением называется прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением.
Оно происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается и ток, проходящий через тело человека. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывают режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление пола (или основания), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.
Какова опасность однофазного прикосновения в сети с заземленной нейтралью?
Рис. 2. Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью
В сети с заземленной нейтралью (рис. 2) цепь тока, проходящего через тело человека, включает в себя сопротивления тела человека, его обуви, пола (или основания), на котором стоит человек, а также сопротивление заземления нейтрали источника тока. С учетом указанных сопротивлений ток, проходящий через тело человека, определяется из следующего выражения:
- U ф - фазное напряжение сети, В;
- R чел - сопротивление тела человека, Ом;
- R об - сопротивление обуви человека, Ом;
- R п - сопротивление пола (основания), на котором человек стоит, Ом;
- R o - сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
При наиболее неблагоприятных условиях (человек, прикоснувшийся к фазе, имеет на ногах токопроводящую обувь - сырую или подбитую металлическими гвоздями, стоит на сырой земле или на проводящем основании - металлическом полу, на заземленной металлоконструкции), т. е. когда R об = 0 и R п = 0, уравнение принимает вид:
Поскольку сопротивление нейтрали R o обычно во много раз меньше сопротивления тела человека, то им можно пренебречь. Тогда
Однако при этих условиях и однофазное прикосновение, несмотря на меньший ток, весьма опасно. Так, в сети с фазным напряжением U ф = 220 В при R чел = 1000 Ом ток, проходя через тело человека, будет иметь значение:
Такой ток смертельно опасен для человека.
Если человек имеет на ногах непроводящую обувь (например, резиновые галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то
- 45 000 - сопротивление обуви человека, Ом;
- 100 000 - сопротивление пола, Ом.
Ток такой силы не опасен для человека.
Из приведенных данных видно, что для безопасности работающих в электроустановках большое значение имеют изолирующие полы и непроводящая ток обувь.
Каковы особенности однофазного прикосновения в сети с изолированной нейтралью?
В сети с изолированной нейтралью (рис. 3) ток, проходящий через тело человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.
С учетом сопротивлений обуви R об и пола или основания R п, на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека R чел, ток, проходящий через тело человека, определяется уравнением:
где R из - сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.
Рис. 3. Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью
При наиболее неблагоприятном случае, когда человек имеет проводящую ток обувь и стоит на токопроводящем полу, т. е. при R об = 0 и R п = 0, уравнение значительно упростится:
Для этого случая в сети с фазным напряжением U ф = 220 В и сопротивлением изоляции фазы R из = 90 000 Ом при R чел = 1000 Ом ток, проходящий через человека, будет равен:
Этот ток значительно меньше тока (220 мА), вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью. Он определяется в основном сопротивлением изоляции проводов относительно земли.
Какая сеть является более безопасной - с изолированной или заземленной нейтралью?
При прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью. Однако этот вывод справедлив лишь для нормальных (безаварийных) условий работы сетей, при наличии незначительной емкости относительно земли.
В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Объясняется это тем, что при такой аварии в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью повышение напряжения окажется незначительным.
Однако современные электрические сети ввиду их разветвленности и значительной протяженности создают большую емкостную проводимость между фазой и землей. В этом случае опасность прикосновения человека к одной и двум фазам практически одинакова. Каждое из этих прикосновений весьма опасно, так как ток, проходящий через тело человека, достигает очень больших значений.
Что такое напряжение шага?
Под напряжением шага понимается напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Величина шага обычно принимается равной 0,8 м.
Для некоторых животных (лошади, коровы) величина напряжения шага больше, чем для людей, и путь тока захватывает грудную клетку. По этим причинам они более подвержены поражениям шаговым напряжением.
Шаговое напряжение возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю. Наибольшая величина будет около места перехода, а наименьшая - на расстоянии более 20 м, т. е. за пределами, ограничивающими поле растекания тока в грунте.
На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68% полного напряжения, на расстоянии 10 м - 92%, на расстоянии 20 м потенциалы точек настолько малы, что практически могут быть равны нулю.
Такие точки поверхности почвы считаются находящимися вне зоны растекания тока и называются «землей».
Опасность напряжения шага увеличивается, если человек, подвергшийся его воздействию, падает. И тогда напряженйе шага возрастает, так как путь тока проходит уже не через ноги, а через все тело.
Случаи поражения людей из-за воздействия напряжения шага относительно редки. Они могут произойти, например, вблизи упавшего на землю провода (в такие моменты до отключения линии нельзя допускать людей и животных на близкое расстояние к месту падения провода). Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии.
Оказавшись в зоне шагового напряжения, выходить из нее следует небольшими шагами в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю, и в частности лежащего на земле провода.
II. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
3. Анализ электробезопасности различных электрических сетей
Исход поражения человека электрическим током, определяемый током, протекающим через тело человека I h и напряжением прикосновения U h , существенно зависит от типа сети, питающей потребители электроэнергии и ее параметров, в том числе:
- напряжения и частоты сети;
- режима нейтрали сети;
- схемы включения человека в электрическую цепь;
- сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли;
- емкости фазных проводов сети относительно земли;
- режима работы сети.
Типовые схемы включения человека в электрическую цепь
Существуют различные “схемы включения” человека в электрическую цепь тока (типовые “схемы включения” показаны на рис.3.5. на примере сети IT):
Рис. 3.5. Типовые схемы включения человека в электрическую цепь
(3.1.)
Из выражений (3.1.) и (
3.2. ) следует, что при двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от типа сети, режима нейтрали, режима работы сети, проводимости фазных проводов Y L1 , Y L2 , Y L3 относительно земли. Такая схема включения человека в электрическую цепь представляет большую опасность.Случаи двухфазного прикосновения происходят сравнительно редко и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1 кВ, что является нарушением правил и инструкций выполнения работ.
Рис. 3.6. Обобщенная схема для анализа трехфазных сетей
(3.3)
(3.4)
К таким заболевания, отягощающим исход электротравмы относятся: повышение функции щитовидной железы, многие заболевания нервной системы, стенокардия. Особенно надо отметить влияние алкогольного опьянения. Кроме того, что человек в состоянии алкогольного опьянения чаще совершает ошибки и получает электротравму, у него, вследствии алкогольной интоксикации, центральная нервная система утрачивает свою регулирующую роль в управлении дыханием и кровообращением, что значительно отягощает исход поражения.
Включение человека в цепь электрического тока
Причины включения. Человек включается в цепь электрического тока при непосредственном контакте тела с токоведущей частью электроустановки, находящейся под напряжением. Обычно это происходит по халатности или в результате ошибочных действий человека, а также из-за неисправности электроустановок и технических средств защиты. К таким случаям, например, относятся следующие:
Прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением, в предположении, что они обесточены;
Прикосновение во время ремонта, чистки или осмотра к ранее обесточенным токоведущим частям, но на которые посторонним лицом ошибочно подано напряжение или произошло самопроизвольное включение неисправного пускового устройства;
Прикосновение к металлическим частям электроустановок, которые обычно не находятся под напряжением, но оказались под напряжением относительно земли из-за повреждения электрической изоляции или других причин (замыкание на корпус);
Возникновение шагового напряжения на поверхности токопроводящего основания (пола), по которому проходит человек; и др.
Схемы включения. Человек может включиться в цепь электрического тока, прикоснувшись к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением, одновременно к двум фазам или к нулевому защитному проводнику и фазе. Соприкосновение с нулевым защитным проводником безопасно (рис.2, а, I), остальные случаи влекут за собой серьезные последствия.
Рис. 2. Схемы путей прохождения электрического тока через тело человека: а – прикосновение к проводам; б – возникновение напряжения прикосновения; в – Возникновение шагового напряжения; I-прикосновение к нулевому проводу; II – прикосновение к фазовому проводу; III – прикосновение к фазовому и нулевому проводам; IV – прикосновение к фазовым проводам; 0 – нулевой провод; 1, 2, 3 – фазные провода; 4 – нейтральная точка; 5- одиночный заземлитель (электрод); А, Б, В- электроустановки
Однофазное (однополюсное) прикосновение (рис.2, а, II и III) происходит наиболее часто при замене ламп и уходе за светильниками, смене предохранителей и обслуживании электроустановок и т.п. В системе с заземленной нейтрально человек окажется под фазным напряжением Uф (в В), которое меньше линейного Uл:
Соответственно меньше будет и величина фазного тока, проходящего через тело человека. Если же человек при этом надежно изолирован от земли (обут в диэлектрические калоши, пол сухой и нетокопроводящий), то однофазное прикосновение опасности не представляет.
Двухфазное (двухполюсное прикосновение) прикосновение более опасно, потому что человек попадает под линейное напряжение (рис. 2, а, IV). Даже при напряжении 127 В и расчетной величине сопротивления тела человека 1000 Ом величина тока в цепи окажется смертельной (127 мА). При двухфазном прикосновении опасность поражения не уменьшится и в том случае, если человек надежно изолирован от земли (пола).
Двухфазные пркосновения происходят редко, обычно при выполнении работ под напряжением, которые строго запрещены.
При повреждении изоляции токоведущих частей и замыкании их на корпус электрооборудования может появиться значительный потенциал. Человек, прикоснувшийся в этом случае к корпусу электроустановки (рис.2, б), окажется под напряжением прикосновения Uп (в В)
где Iч – величина тока, проходящего через человека по пути «рука-нога», А; Rч – сопротивление тела человека, Ом.
Напряжением прикосновения называют разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека.
Напряжение прикосновения будет расти по мере увеличения расстояния между электроустановкой и заземлителем, достигая максимума на расстоянии 20 м и более. При падении фазного провода на поверхности земли возникает зона растекания тока (рис.2, в).
Человек, проходящий через эту зону, окажется под шаговым напряжением (разность потенциалов) между двумя точками цепи тока, находящихся один от другой на расстоянии шага (0,8 м). Наибольшее шаговое напряжение будет около точки замыкания и, постепенно уменьшаясь, на расстоянии 20 м снизится до нуля.
Не следует приближаться к упавшему проводу ближе чем на 6-8 м. В случае необходимости подхода следует обесточить провод или надеть диэлектрические галоши (боты).
Психо-эмоциональная настороженность – «фактор внимания» при работе с электротоком
Формирование у работающих психо-эмоциональной настороженности, «фактор внимания» при работе с электротоком – важнейшие условие личной профилактики электротравматизма. Этот фактор основывается на знаниях физиологического действия электрического тока на организм при попадании пострадавшего в электрическую цепь.
В частности, решающую роль во многих случаях поражений играет «фактор внимания», т. е., по существу, тяжесть исхода поражения обуславливается в значительной степени состоянием нервной системы человека в момент поражения.
Необходимо, чтобы человек был «собран», что позволяет ожидать какого-либо события во время работы, требующей внимания.
Подобное утверждение правомерно в основном при поражении электрическим током напряжением 220-300 В. При больших напряжениях тяжелый исход чаще всего наступает от ожогов дугой. Здесь уже есть основания полагать, что опасность ожога растет практически линейно в зависимости от значения напряжения.
Фактор внимания, несомненно, вызывает мобилизацию защитных систем организма, усиливает через гипофизарно-адреналовую систему кровообращение сердечной мышцы, мозгового кровотока и делает их более устойчивыми к внешним раздражителям (электротравме).
При факторе внимания расстроить биосистему автоматического регулирования важнейших систем организма (центральной нервной системы, кровообращения, дыхания) значительно труднее.
Однако следует отметить, что роль фактора внимания пока еще не находит достаточного отражения в защитных мероприятиях при электробезопасности.
Но есть уверенность в том, что новые взгляды на электробезопасность живой ткани, дальнейшее изучение природы электрической активности организма человека позволяет раскрыть биофизику механизма поражения человека, что будет учтено в разработке мер по защите от действия электрического тока.
Мероприятия, обеспечивающие безопасную эксплуатацию электрооборудования
Технические способы и средства защиты, обеспечивающие электробезопасность, указываются с учетом: источника питания электроэнергией номинального напряжения, рода и частоты тока; режима нейтрали, вида исполнения; условий внешней среды; возможности снятия напряжения с токоведущих частей; характера возможного прикосновения человека к элементам цепи тока.
Loading...