Как оценивается опасность поражения человека током электроустановки в электросетях различной конфигурации. Путь прохождения тока через тело человека Вопросы для контрольной работы

Для переменного тока играет роль также его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через человека, а следовательно, повышается опасность поражения. Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 100 Гц; при дальнейшем увеличении частоты опасность смертельного поражения уменьшается. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при частоте, превышающей 1…2 кГц, и полностью исчезает при частоте от 45 до 50 кГц. Однако при таких частотах тока сохраняется опасность ожогов.

Путь прохождения тока через тело человека . Путь прохождения тока через тело человека играет существенную роль в исходе поражения, так как ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг и др. Влияние прохождения пути тока на исход поражения определяется также сопротивлением кожи на различных участках тела.

Возможных путей прохождения тока в теле человека, которые называются также петлями тока, достаточно много. Наиболее часто встречающиеся петли тока и их характеристики приведены в таблице2.

Таблица 2 – Характеристики путей тока в теле человека

Наименование петли	Путь прохождения тока	Частота возникновения пути	Доля терявших сознание при поражении, %
	Рука – рука
Правая полная	Правая рука – ноги
Левая полная	Левая рука – ноги
	Нога – нога
Прямая вертикальная	Голова – ноги
Прямая горизонтальная	Голова – руки

Наиболее опасны петли «голова – руки» и «голова – ноги», но эти петли возникают относительно редко. При проектировании, расчете и эксплуатационном контроле защитных систем руководствуются допустимыми значениями тока при данном пути его протекания и длительности воздействия в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82. При длительном воздействии на человека, более 30 с, величина допустимого токапринята равной1 мА, при продолжительности воздействия от 30 с до 1 с – 6 мА, а при воздействии менее 1 с величина допустимого тока принимается равной 50 мА.

Однако приведенные величины токов не могут рассматриваться как обеспечивающие полную безопасность и принимаются в качестве практически допустимых с достаточно малой вероятностью поражения. Эти токи считаются допустимыми для наиболее вероятных путей их протекания в теле человека: «рука – рука», «рука – ноги».

Индивидуальные свойства человека при поражении электрическим током в основном определяются электрическим сопротивлением тела человека, которое представляет собой сумму сопротивлений кожи и внутренних тканей. Ток, проходящий через тело человека, можно оценить по закону Ома:

где I чел – ток, проходящий через человека, А;

U – напряжение, приложенное к человеку, В;

R чел – сопротивление тела человека, Ом.

Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже колеблется от 3 до 100 кОм и более, а сопротивление внутренних органов тела составляет всего от 300 до 500 Ом. Пренебрегая ёмкостной составляющей тела человека, в качестве расчетной величины при воздействии переменного тока промышленной частоты, принимают значение активного сопротивления тела человека, равное 1000 Ом.

2.2 Анализ поражения током в электрических сетях

Поражение человека током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения . Опасность такого прикосновения оценивается величиной тока, проходящего через тело человека. Величина тока зависит от напряжения прикосновения и ряда факторов: сопротивления кожи человека, схемы замыкания цепи тока через тело человека, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, значения емкости токоведущих частей относительно земли и др.

Возможны два случая замыкания цепи тока через тело человека: человек касается одновременно двух фазных проводов и человек касается лишь одного фазного провода. Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением (рисунок 2а), а вторую – однофазным (рисунок 2б, в).

а – двухфазное прикосновение; б – однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью; в – однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью

Рисунок 2 – Схемы возможного включения человека в сеть трехфазного тока

Двухфазное прикосновение человека к цепи тока происходит довольно редко, но является наиболее опасным и часто бывает со смертельным исходом, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное U л =
U ф . В сетях с линейным напряжением U л = 380 В (U ф = 220 В) при сопротивлении тела человека R ч = 1000 Ом ток через человека равен

Этот ток для человека смертельно опасен, т.к. почти в четыре раза превышает значение порогового фибрилляционного тока I фиб = 100 мА. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети.

Однофазное прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное, но оно менее опасно, потому что фазное напряжение меньше линейного в 1,73 раза, при этом будет меньше и ток, проходящий через человека. На величину тока, проходящего через человека, значительное влияние оказывает сопротивление изоляции проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви, режим нейтрали электрической сети и некоторые другие факторы. В России используют всего два вида трехфазных сетей до 1000 В: трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью и трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью. Рассмотрим условия поражения током в зависимости от режима нейтрали сети.

В сети с изолированной нейтралью при прикосновении человека к проводу одной из фаз ток проходит через тело человека, землю и далее через сопротивление изоляции в сеть (см. рисунок 2б). Если электрическая емкость проводов относительно земли мала, что обычно имеет место в воздушных сетях небольшой протяженности, значение тока, проходящего через человека, определяется, как

,

где U ф – фазное напряжение, В;

R ч , R об , R n , R из – сопротивление человека, обуви, покрытия пола и изоляции проводов относительно земли, кОм.

U ф = 220 В, R ч = 1 кОм,
R об = 20 кОм, R n = 30 кОм и R из = 150 кОм величина тока через человека будет равна I ч = 2,2 мА, что больше величины порогового ощутимого, но меньше порогового неотпускающего тока, и вероятность благоприятного исхода весьма велика.

В сети с заземленной нейтралью при прикосновении человека к фазному проводу он также оказывается под фазным напряжением (рисунок 2в), но ток в этом случае проходит через тело человека в землю и далее через заземление нейтрали в сеть. Тогда сила тока через человека равна

,

где R о – сопротивление заземления нейтрали, обычно R о = 4 Ом.

При подстановке численных значений U ф = 220 В, R ч = 1 кОм,
R об = 20 кОм, R n = 30 кОм и R о = 4 Ом получим несколько большее значение тока, чем в сети с изолированной нейтралью и равное

I ч =4,4 мА, что с достаточно большой вероятностью также безопасно для человека.

Как видно из расчетов, при нормальных условиях эксплуатации электроустановок однофазное включение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейтралью.

Любое прикосновение к токоведущим частям электроустановок напряжением выше 1000 В опасно независимо от схемы питания. Поэтому в таких сетях принимают все меры для того, чтобы сделать токоведущие части недоступными для случайного прикосновения человека. Их располагают на недоступном расстоянии, надежно ограждают, строго регламентируют порядок допуска к электроустановкам и т.п.

Напряжение прикосновения при касании человеком оборудования, оказавшегося под напряжением, зависит от состояния заземления, расстояния человека от заземляющего электрода и сопротивления
основания, на котором стоит человек. Наглядно это показано на рисунке 3. Напряжение прикосновения равно

U ПР = φ max –φ Н ,

где φ max – максимальный потенциал, который будет на заземленном корпусе и заземляющем электроде;

φ н – потенциал поверхности земли в точке нахождения ног человека.

В случае нахождения ног человека над заземляющим электродом напряжение прикосновения равно нулю, так как потенциалы руки и ног одинаковы и равны потенциалу заземлителя. При удалении человека от заземляющего электрода напряжение прикосновения стремится к максимальному значению, так как потенциал ног стремится к нулю. Практически на расстоянии 20 м от одиночного заземлителя напряжение прикосновения приобретает максимальное значение.

Величина напряжения прикосновения также определяется сопротивлением обуви и основания пола или грунта непосредственно под ногами. Поэтому применение диэлектрических перчаток, галош или бот будет увеличивать общее сопротивление человека и, следовательно, значительно уменьшит величину тока, проходящего через тело человека.

В области зоны растекания электрического тока в земле, для одиночного заземлителя радиус зоны около 20 м, возникает опасность поражения от напряжения шага (рисунок 3).

А – потенциальная кривая; К – кривая прикосновения

Напряжением шага называется разность потенциалов между двумя точками в зоне растекания электрического тока, находящимися на расстоянии шага человека, и на которых одновременно находятся ноги человека. Напряжение шага равно

U Ш = φ 1 –φ 2 ,

где φ 1 – потенциал одной ноги человека, В;

φ 2 – потенциал другой ноги человека, В.

Даже при небольшом шаговом напряжении (от 50 до 80 В) может возникнуть непроизвольное судорожное сокращение мышц ног, и возможно падение человека на землю. При этом он вынужден одновременно касаться земли руками и ногами, расстояние между которыми больше, чем длина шага, поэтому напряжение увеличивается. В таком случае образуется новый путь прохождения тока, затрагивающий жизненно важные органы, и возникает реальная угроза смертельного поражения. При уменьшении длины шага шаговое напряжение снижается. Поэтому для того чтобы выбраться из зоны действия шагового напряжения, следует передвигаться как можно более короткими шагами.

2.3 Классификация помещений по опасности поражения электрическим током

Состояние окружающей воздушной среды и окружающей обстановки могут значительно влиять на опасность поражения электрическим током. В связи с этим все помещения делятся по степени опасности поражения людей электрическим током на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные.

К помещениям с повышенной опасностью относятся помещения, характеризующиеся наличием любого из пяти факторов: 1) относительная влажность воздуха превышает 75 % (сырые помещения); 2) температура воздуха превышает 35 0 С (жаркие помещения); 3) наличие токопроводящей пыли (например, угольная, металлическая и т.п.); 4) наличие токопроводящего пола (например, металлический, бетонный, земляной, глиняный); 5) возможность одновременного прикосновения к корпусу электрооборудования и заземленному предмету.

Примером помещений с повышенной опасностью могут служить лестничные клетки различных зданий с проводящими полами; складские помещения; цеха или мастерские по механической обработке металла или дерева и др.

К особо опасным помещения м относятся помещения, характеризующиеся наличием любого из трех условий: 1) относительная влажность воздуха близка к 100 % (особо сырые помещения); 2) наличие химически активной и органической среды, разрушающей изоляцию и токоведущие части электроустановок; 3) наличие двух или более факторов, свойственных помещениям с повышенной опасностью, например, сырое помещение с токопроводящими полами или жаркое с токопроводящей пылью и т.п.

Особо опасными помещениями являются большая часть производственных помещений, в том числе все цеха электростанций, помещения аккумуляторной и электролизной и т.п. Территории размещения наружных электроустановок в отношении опасности поражения током приравнены к особо опасным помещениям.

К помещениям без повышенной опасности относятся все остальные помещения, характеризующиеся отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность при поражении электрическим током. Примером таких помещений могут служить помещение бухгалтерии, учебные классы, некоторые лаборатории и др.

С учетом класса помещения по опасности поражения током производится выбор электрооборудования и конструкций электроустановок, которые должны успешно противостоять воздействию окружающей среды и обеспечивать высокую степень безопасности при обслуживании.

3 Первая помощь при поражении

электрическим током

Первую помощь пораженному током должен уметь оказывать каждый работающий в электроустановках. Первая помощь при поражении электрическим током состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание ему доврачебной медицинской помощи. Поскольку степень поражения током зависит от длительности прохождения его через тело человека, очень важно как можно быстрее освободить пострадавшего от тока и при необходимости сразу же приступить к оказанию ему медицинской помощи. Это требование относится и к случаю смертельного поражения током, поскольку период клинической смерти продолжается несколько минут. Во всех случаях поражения человека током необходимо, не прерывая оказания ему первой помощи, вызвать медицинского работника и при необходимости оказать помощь по доставке пострадавшего в лечебное учреждение.

3.1 Освобождение пострадавшего от действия электрического тока

При поражении электрическим током часто оказывается, что пострадавший не может самостоятельно освободиться от действия электрического тока. Освобождение пострадавшего от действия тока можно осуществить несколькими способами.

Во всех случаях наиболее надежный способ освобождения пострадавшего – это быстрое отключение электроустановки. Отключение электроустановки производится с помощью ближайшего рубильника, выключателя или иного отключающего аппарата, а также путем снятия предохранителей, разъема соединения и т.п. Если пострадавший находится на высоте, то нужно принять меры против его падения при выключении тока. При искусственном освещении нужно быть готовым к отсутствию освещения при отключении тока.

Если быстро нельзя отключить электроустановку, надо освободить пострадавшего от токоведущих частей другими способами. При напряжении в сети до 1000 В освобождение от токоведущих частей можно производить отбрасыванием провода от пострадавшего или оттаскиванием пострадавшего от провода. Отбрасывание провода можно производить любым сухим предметом из непроводящего материала (сухой палкой, доской, веревкой), рукой в диэлектрической перчатке, в брезентовой рукавице или рукой, обмотанной сухой тканью. Оттаскивать пострадавшего можно только за его сухую одежду, а если нет такой возможности, то освобождающий оттягивает пострадавшего руками, защищенными от электрического тока.

Если пострадавший судорожно сжимает рукой провод, находящийся под напряжением, то для освобождения его от действия тока можно разжать его руку, отгибая каждый палец в отдельности. Для этого оказывающий помощь должен иметь на руках диэлектрические перчатки и стоять на изолирующем основании – диэлектрическом коврике, сухой доске и т.п. Прервать действие тока можно также, изолировав пострадавшего от земли, например, подложив под него сухую доску. При необходимости можно перерубить или перерезать провода топором с сухой ручкой или инструментом с изолированными руч-ками.

При напряжении в сети выше 1000 В можно освобождать пострадавшего только отключением электроустановки или использовать основные изолирующие средства для сетей выше 1000 В (изолирующие штанги, изолирующие клещи):

– надеть диэлектрические перчатки, резиновые боты или галоши;

– взять изолирующую штангу или изолирующие клещи;

– замкнуть провода ВЛ 6–20 кВ накоротко методом наброса, согласно специальной инструкции;

– сбросить изолирующей штангой провод с пострадавшего;

– оттащить пострадавшего за одежду не менее чем на 10 метров от места касания проводом земли или от оборудования, находящегося под напряжением.

3.2 Оказание первой доврачебной медицинской помощи

Меры первой доврачебной медицинской помощи пострадавшему от электрического тока зависят от его состояния. Для определения состояния пострадавшего его необходимо уложить на спину и проверить наличие дыхания и сердечных сокращений.

Нарушенное дыхание характеризуется нечеткими или неритмичными подъемами грудной клетки при вдохах, редкими, как бы хватающими воздух, вдохами или отсутствием видимых дыхательных движений грудной клетки. Все эти случаи расстройства дыхания приводят к тому, что кровь в легких недостаточно насыщается кислородом, в результате чего наступает кислородное голодание тканей и
органов пострадавшего. Поэтому в этих случаях пострадавший нуждается в искусственном дыхании.

Наличие сердечных сокращений свидетельствует о работе сердца, т.е. о наличии в организме кровообращения, его определяют путем выслушивания сердечных тонов, приложив ухо к левой половине груди пострадавшего, или проверкой пульса. Наличие пульса проверяют на крупных артериях, где он более выражен, – на лучевой, бедренной и сонной.

Проверка состояния пострадавшего, включая придание его телу соответствующего положения, проверка дыхания, пульса и состояния зрачка должна производится быстро – в течение 15…20 с.

Возможные меры доврачебной помощи:

– если у пострадавшего отсутствуют дыхание и пульс, то немедленно нужно приступить к его оживлению путем искусственного дыхания и наружного (непрямого) массажа сердца;

– если пострадавший дышит редко и судорожно, но у него прощупывается пульс – начать делать искусственное дыхание;

– если пострадавший в сознании с устойчивым дыханием и пульсом, нужно его уложить на одежду или другую подстилку, расстегнуть одежду, стесняющую дыхание, дать приток свежего воздуха, согреть при охлаждении и дать прохладу в жару;

– если пострадавший находится в бессознательном состоянии при наличии дыхания и пульса, нужно наблюдать за его дыханием; в случае нарушения дыхания при западании языка – выдвинуть нижнюю челюсть вперед и поддерживать её в таком состоянии до прекращения западания языка.

Во всех случаях поражения электрическим током необходимо вызвать врача независимо от состояния пострадавшего.

Делая искусственное дыхание способом «изо рта в рот», оказывающий помощь располагается сбоку от головы пострадавшего, одну руку подсовывает под его шею, а ладонью другой руки надавливает на лоб, максимально запрокидывая голову. При этом корень языка поднимается и освобождает вход в гортань, а рот пострадавшего открывается.

Оказывающий помощь наклоняется к лицу пострадавшего, делает глубокий вдох открытым ртом, затем полностью плотно охватывает губами открытый рот пострадавшего и делает энергичный выдох; одновременно закрывает нос пострадавшего щекой или пальцами руки, находящейся на лбу. Как только грудная клетка пострадавшего поднялась, нагнетание воздуха приостанавливают, оказывающий помощь приподнимает свою голову, происходит пассивный выдох у пострадавшего. Для того, чтобы выдох был более глубоким, можно несильным нажатием руки на грудную клетку помочь воздуху выйти из легких пострадавшего.

эксплуатации электроустановок Потребителей Раздел 1, Глава 1 . ... каждый Потребитель при эксплуатации электроустановок ? (*) Производственные инструкции по эксплуатации электроустановок . (*) Должностные...

Документ

... при эксплуатации электроустановок при эксплуатации электроустановок ... к персоналу в отношении электробезопасности

Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок с изменениями и дополнениями

Документ

... при эксплуатации электроустановок (2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989) и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок ... к персоналу в отношении электробезопасности являются минимальными и решением руководителя...

Документ

... при эксплуатации электроустановок (2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989) и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок ... к персоналу в отношении электробезопасности являются минимальными и решением руководителя...

Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок пот р м-016-2001 рд 153-34 0-03 150-00

Документ

... при эксплуатации электроустановок (2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989) и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок ... к персоналу в отношении электробезопасности являются минимальными и решением руководителя...

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Изучить условия электротравматизма на производстве и в быту при эксплуатации электрооборудования.

Определить силу тока, протекающего через тело человека, в сетях с различным режимом нейтрали при прикосновении человека к корпусу электроустановки, находящейся под напряжением.

Определить силу тока, проходящего через тело человека, в сетях с различным режимом нейтрали при прикосновении человека к корпусу электроустановки при наличии защитного заземления.

Определить силу тока короткого замыкания, необходимую для расплавления предохранителей и срабатывания системы зануления.

4.1. Основные положения

С ростом энерговооруженности промышленных предприятий и дальнейшей электрификацией жизни возрастает число людей, контактирующих с электрооборудованием. В связи с этим возможность поражения людей электрическим током, как в производственных условиях, так и в быту, повышается, особенно если электротехническое оборудование неисправно или эксплуатируется с нарушением действующих правил. Кроме того, опасность поражения электротоком отличается от прочих производственных опасностей (токсичные вещества, нагретые поверхности, шум и т.д.) тем, что человек не в состоянии ее обнаружить дистанционно без специальных измерительных приборов.

Статистика производственного электротравматизма в качестве источников опасности называет:

· аварийность технологического процесса (оборудования) - 36%;

· ошибки (неправильные действия персонала) - 60%;

· опасные природные явления (молнии) - 4%.

· При анализе опасных условий труда, ведущих к электротравматизму выделяют:

· присутствие персонала в зоне действия опасного фактора;

· ошибочные (неправильные) действия персонала в опасных условиях труда;

· опасный ток в цепи включения тела человека.

Тяжесть электротравм зависит от ряда факторов: силы протекающего тока, пути его прохождения, рода и частоты тока, напряжения, электрического сопротивления тела человека, длительности протекания тока, здоровья и индивидуальных особенностей человека, а также от окружающей среды и т.д.

Величина протекающего через тело человека тока является основным фактором, от которого зависит исход поражения. Наименьшее значение ощутимого тока, которое зависит от рода тока, состояния человека, вида включения его в цепь, называется пороговым ощутимым током. Для промышленной частоты 50 Гц его величина в среднем составляет 1 мА. При увеличении силы тока до 10-15 мА в мышцах рук возникают болезненные судороги, поэтому человек не способен контролировать их действие и самостоятельно освободиться от зажатого в руке проводника (электрода). Величина тока 10 мА называется пороговым неотпускающим током.

Существенное влияние на исход поражения электрическим током оказывает путь его прохождения в теле человека («петля» тока). В специальной литературе описано 15 путей, однако наиболее вероятные пути протекания тока таковы: рука - рука (до 40%), правая рука - ноги (до 20%), нога - нога. В этом случае через сердце человека протекает от 0,4 до 7% общего тока.

Весьма значительное влияние на величину тока, проходящего через тело человека, оказывает полное электрическое сопротивление его тела, которое при сухой неповрежденной коже может колебаться в весьма широких пределах: от 103 до 105 Ом, а иногда и более. Оно является нелинейной величиной и зависит от ряда факторов: состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная), плотности и площади контакта с токоведущими частями, силы проходящего тока и приложенного напряжения, времени воздействия тока. При расчете условий электробезопасности человека его полное электросопротивление Rчл принимают равным 1000 Ом.

Зная электросопротивление тела человека и интервал опасных для него токов, можно определить и интервал опасных напряжений. Так, для регламентированных значений порогового неотпускающего тока 10 мА и Rчл = 1000 Ом безопасным напряжением будет Uбез = Rч Iч = 10 В.

Окружающая среда и обстановка в помещении могут усилить или ослабить воздействие электрического тока, поскольку существенно влияют на сопротивление тела человека, изоляцию токоведущих частей. В соответствии с этим существует определенная классификация помещений по опасности поражения током. Производственные и бытовые помещения подразделяют на три класса: 1 - без повышенной опасности; 2 - с повышенной опасностью; 3 - особо опасные. Детальный анализ этих классов приведен в учебнике.

Для защиты человека от поражения электрическим током при работе с электроустановками применяются отдельно или в сочетании друг с другом различные технические способы, из которых отметим только:

· изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);

· малое напряжение в электрических цепях;

· защитное заземление;

· зануление;

· защитные средства и предохранительные приспособления.

При изучении причин поражения током необходимо различать прямой контакт с токоведущими частями электроустановок и косвенный. Первый, как правило, возникает при грубейших нарушениях действующих Правил технической эксплуатации и правил техники безопасности электроустановок (ПТЭ и ПТБ), второй - в результате аварийных ситуаций, например при пробое изоляции.

Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть различными. Однако наиболее распространенными являются две: между двумя различными проводами - двухфазное включение и между одним проводом или корпусом электроустановки, одна фаза которой пробита, и землей - однофазное включение. Статистика показывает, что наибольшее число электротравм происходит при однофазном включении, причем большинство из них в сетях напряжением 380/220 В.

4.2. Определение силы тока, протекающего через тело человека, в сетях с различным режимом нейтрали при прикосновении человека к корпусу электроустановки, находящейся под напряжением

При однофазном включении человека в сеть (рис.4.1, 4.2) сила тока во многом определяется режимом нейтрали источника тока.

Нейтраль - это точка соединения обмоток трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через аппараты с большим сопротивлением (сеть с изолированной нейтралью), либо непосредственно соединенная с заземляющим устройством - сеть с глухозаземленной нейтралью.

Корпуса электрических машин, наружные поверхности электрического оборудования и другие металлические нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус.

Кроме того, при однофазном включении величина тока, проходящего через тело человека, зависит от сопротивления изоляции проводов сети относительно земли, пола, на котором стоит человек, сопротивления его обуви (диэлектрических галош, бот) и некоторых других факторов.

4.2.1. Определение силы тока, протекающего через тело человека, в сети с изолированной нейтралью

В сети с изолированной нейтралью (рис.4.1) ток, проходящий через тело человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.

Рис.4.1. Однофазное включение человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью:

a, b, c - фазы; Uф - фазное напряжение; Uл - линейное напряжение; Iчл - ток, протекающий через тело человека; Ia, Ib, Ic - токи, стекающие на землю через сопротивления изоляции фазы (токи утечки); Rа, Rb, Rc - сопротивления изоляции фаз a, b, c относительно земли; - обозначение пробоя на корпус (в данном случае с фазы а)

В этом случае, ток, проходящий через тело человека Iчл (А), может быть определен по формуле:

Iчл = Uф / (Rчл + Rоб + Rп + Rиз/3) (4.1.)

где Uф - фазное напряжение, т.е. напряжение между началом и концом одной обмотки (или между фазным и нулевым проводом в случае глухозаземленной нейтрали)), В;

Rчл - сопротивление тела человека, Ом;

Rоб - сопротивление обуви, Ом;

Rп - сопротивление пола, Ом;

Rиз - сопротивление изоляции одной фазы относительно земли, Ом.

Пример 4.1

При наиболее неблагоприятном варианте, когда человек имеет проводящую ток обувь (сырая или имеет металлические набойки, следовательно, Rоб = 0), стоит на токопроводящем полу (земляной или металлический, следовательно, Rп = 0) при Uф =220 В, Rчл = 1 кОм и сопротивлении изоляции одной фазы относительно земли Rиз = 90 кОм величина тока Iчл (А) составит:

Iчл = 220/(1000+0+0+90000/3) = 0,007 А = 7 мА - ощутимый ток

Пример 4.2

Если учесть, что обувь непроводящая (например, галоши, Rоб = 45 кОм), пол - деревянный, Rп = 100 кОм при Uф =220 В, Rчл = 1 кОм и Rиз = 90 кОм величина тока Iчл (А) в этом случае составит:

Iчл = 220/(1000+45000+0+90000/3) = 0,00125 А = 1,25 мА - ощутимый ток

Таким образом, в сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через человека - ощутимый и условия безопасности во многом будут зависеть от сопротивления изоляции проводов относительно земли.

4.2.2. Определение силы тока, протекающего через тело человека, в сети с глухозаземленной нейтралью

В сети с глухозаземленной нейтралью (рис.4.2) цепь тока, проходящего через человека, помимо сопротивлений тела человека, его обуви и пола, на котором он стоит, включает еще и сопротивление заземления нейтрали источника тока. При этом все эти сопротивления включены последовательно.

В этом случае Iчл (А) определяют по формуле:

Iчл = Uф / (Rчл + Rоб + Rп + R0) (4.2.)

где R0 - сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Рис.4.2. Однофазное включение человека в трехфазную сеть с глухозаземленной нейтралью:

0 - нулевой провод; R0 - сопротивление заземления нейтрали

Рассмотрим два примера для сети с глухозаземленной нейтралью источника тока.

Пример 4.3

Условия аналогичны указанным в примере 4.1: Rоб = 0, Rп = 0, Uф =220 В, Rчл = 1 кОм. Сопротивление заземления нейтрали в соответствии Правилами устройства электроустановок R0 ? 10 Ом, что значительно меньше сопротивления тела человека, следовательно, величиной R0 можно пренебречь (R0 = 0). В этом случае величина тока Iчл (А) составит:

Iчл = 220/(1000+0+0+0) = 0,22 А = 220 мА - смертельный ток

Пример 4.4

Условия аналогичны указанным в примере 4.2: Rоб = 45 кОм, Rп = 100 кОм, Uф =220 В, Rчл = 1 кОм, R0 = 0. Величина тока Iчл (А) составит:

Iчл = 220/(1000+45000+100000+0) = 0,0015 А = 1,5 мА - ощутимый ток

В примере 4.3 ток смертельно опасен для человека, в примере 4.4 ток не опасен для человека, что показывает, какое исключительное значение имеет для безопасности работающих непроводящая ток обувь и, в особенности, изолирующий пол.

4.2.3. Выбор схемы сети

Выбор схемы сети (режима нейтрали источника тока) определяется технологическими требованиями и условиями безопасности.

По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, т.к. в ней возможно использование двух рабочих напряжений - линейного и фазного, например 380/220 В, где 380 В - линейное напряжение, а 220 В - фазное.

По условиям безопасности в период нормального режима работы сети более безопасна, как правило, сеть с изолированной нейтралью (примеры 4.1, 4.2), а в аварийный период - сеть с глухозаземленной нейтралью, т.к. в случае аварии (когда одна из фаз замкнута на землю) в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного (Uл =1,73 Uф), в то время как в сети с глухозаземленной нейтралью повышение напряжения может быть незначительным.

4.3. Определение силы тока, проходящего через тело человека, в сетях с различным режимом нейтрали при прикосновении человека к корпусу электроустановки при наличии защитного заземления

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок (чаще всего корпуса), не находящихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением в случае пробоя фазы на корпус или повреждения изоляции электроустановки и к которым возможно прикосновение людей (рис.4.3).

Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Рис.4.3. Схема защитного заземления в сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной (а) и изолированной (б) нейтралью:

Rз - сопротивление заземляющего устройства, Rчл - сопротивление тела человека, Zi - полное сопротивление одной фазы относительно земли.

Принцип действия защитного заземления состоит в превращении «пробоя на корпус» в «пробой на землю» для уменьшения напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасных величин с помощью заземлителя, через который уходит большая часть тока, за счет значительно более низкого электросопротивления (по ГОСТ Rз = 4 - 10 Ом) по сравнению с сопротивлением тела человека (Rчл = 1 кОм).

Если корпус электрооборудования не заземлен и оказался в контакте с фазой, то прикосновение к нему равносильно прикосновению к фазе. В этом случае ток, проходящий через тело человека (при малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли) может достигать опасных значений.

Если корпус электроустановки заземлен, то ток Iчл (А), проходящий через тело человека (при Rоб = Rп = 0), можно определить по формуле сеть с изолированной нейтралью (рис.4.3 б):

Iчл = 3 Uф Rз / Rчл Rиз (4.3.)

сеть с глухозаземленной нейтралью (рис.4.3 а):

Iчл = Uф Rз / Rчл (R0 + Rз) (4.4.)

где Rз - сопротивление заземляющего устройства, Ом.

Пример 4.5

Исходные данные: Uф =220 В, Rчл = 1 кОм, Rиз = 90 кОм, Rз = 4 и 400 Ом. Величина тока Iчл (А) составит:

Iчл = 3*220*4 / 1000*90000 = 2,9*10-5 А = 0,03 мА - безопасно для человека

Iчл = 3*220*400 / 1000*90000 = 0,0029 А = 2,9 мА - безопасно для человека

Пример 4.6

Исходные данные: Uф =220 В, Rчл = 1 кОм, Rиз = 90 кОм, Rз = 4 и 400 Ом, R0 = 10 Ом. Величина тока Iчл (А) составит:

Iчл = 220*4 / 1000 (10+4) = 0,063 А = 63 мА - неотпускающий ток

Iчл = 220*400 / 1000 (10+400) = 0,215 А = 215 мА - смертельный ток

Из примеров 4.5 и 4.6 видно, что защитное заземление применять целесообразнее в сетях с изолированной нейтралью, т.к. величина тока, проходящего через тело человека, безопасна при любых Rз, а в сети с глухозаземленной нейтралью - ток Iчл всегда опасен.

Основным элементом заземляющего устройства является заземлитель, который может быть естественным или искусственным.

Естественные заземлители - это электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного или иного назначения, находящиеся в земле, за исключением трубопроводов для горючих жидкостей и газов, трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии, свинцовых оболочек кабелей.

Искусственные заземлители - это вбитые или закопанные в землю электроды, например стальные трубы диаметром 30-50 мм, угловая сталь размером от 40х40 до 60х60 мм, полосовая сталь размером не менее 4х12 мм, стальные прутки диаметром 10-12 мм и др.

В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановок с заземлителем, применяют медные, алюминиевые проводники или полосовую сталь. Заземляющие проводники прокладывают открыто, с хорошим доступом для осмотра. Заземляющие проводники должны иметь отличительную окраску - по зеленому фону желтые полосы шириной 15 мм на расстоянии одна от другой 150 мм. Не допускается последовательное включение заземленного оборудования.

Согласно требованиям ГОСТ 12.1.030-81 сопротивление заземляющего устройства нормируют, оно не должно превышать в любое время года приведенных ниже значений:

10 Ом - в стационарных сетях пожароопасных помещений с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В;

4 Ом - в стационарных сетях взрывоопасных помещений, в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.

4.4. Зануление

Занулением называется преднамеренное присоединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, но которые вследствие повреждения изоляции могут оказаться под ним, к многократно заземленному нулевому проводу.

Данный метод защиты применяют только в четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, обычно в сетях 380/220 и 220/127 В. Это связано с тем, что сила тока замыкания на землю в таких сетях велика и при обычном сопротивлении заземления через человека может проходить ток большой силы. Схема зануления показана на рис.4.4.

Задача зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус. Решается эта задача быстрым отключением поврежденной установки от сети.

Принцип действия зануления заключается в превращении случайного пробоя фазы на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. замыкание между фазным и нулевым проводом с целью вызвать ток большой величины. При появлении напряжения на корпусе основная часть тока пойдет через нулевой провод и нейтраль именно в ту фазу, в которой был пробой, т.е. произойдет короткое замыкание. Большая сила тока короткого замыкания вызовет срабатывание защиты и отключит установку от питающей сети. В качестве защиты используют плавкие предохранители или автоматические выключатели с тепловыми реле.

Рис.4.4. Принципиальная схема зануления:

Iкз - сила тока короткого замыкания; Rн - сопротивление повторного заземления нулевого провода, Rп - сопротивление предохранителя

Сила тока короткого замыкания Iкз (А) определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания:

Iкз = Uф / (Rт/3 + Rф + Rн) (4.5.)

где Rт - внутреннее сопротивление трансформатора, Ом;

Rф, Rн - сопротивление фазного и нулевого проводников, Ом.

Защиту необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы сила тока однофазного короткого замыкания превышала не менее чем в 3 раза номинальную силу тока Iном срабатывания защитных устройств.

Пример 4.7

Исходные данные: Rф = Rн = 0,1 Ом; Rт = 0,003 Ом; Iном = 10 А

Для сети напряжением 380/220 В сила тока короткого замыкания Iкз (А) составит:

Iкз = 220 / ((0,003/3)+0,1+0,1) = 1095 А - такая сила тока неизбежно вызовет срабатывание защиты, и установка автоматически отключится от сети

Порядок выполнения работы

Определить силу тока Iчл, проходящего через тело человека, в электрической сети небольшой протяженности промышленной частоты с изолированной нейтралью при прикосновении человека к корпусу электроустановки при фазном напряжении Uф = 220 В и различных сопротивлениях изоляции фазных проводов (Rиз = 1; 2; 5; 10; 50; 100; 200; 400 кОм) по формуле 4.1. Результаты расчетов внести в протокол 4.1.

Определить силу тока Iчл, проходящего через тело человека, в электрической сети небольшой протяженности промышленной частоты с глухозаземленной нейтралью при прикосновении человека к корпусу электроустановки при фазном напряжении Uф = 220 В и различных сопротивлениях тела человека (Rчл = 1; 2; 4; 5; 10; 15; 20; 50 кОм) по формуле 4.2. Результаты расчетов внести в протокол 4.2.

По данным протоколов 4.1 и 4.2 построить два графика зависимости при заданных Rоб и Rп:

Iчл (мА) = f (Rиз, кОм);

Iчл (мА) = f (Rчл, кОм).

Из графиков определить безопасные для человека значения Rиз и Rчл.

Определить силу тока Iчл, проходящего через тело человека, в сети с изолированной нейтралью при прикосновении человека к корпусу электроустановки при наличии защитного заземления при фазном напряжении Uф = 220 В и различных по величине сопротивлениях изоляции Rиз и защитного заземления (Rз = 4; 400 Ом) по формуле 4.3. Результаты расчетов внести в протокол 4.3.

Определить силу тока Iчл, проходящего через тело человека, в сети с глухозаземленной нейтралью при прикосновении человека к корпусу электроустановки при наличии защитного заземления при фазном напряжении Uф = 220 В и различных по величине сопротивлениях изоляции Rиз и защитного заземления (Rз = 4; 400 Ом) по формуле 4.4. Результаты расчетов внести в протокол 4.4.

По данным протоколов 4.3 и 4.4 сделать выводы о силе тока Iчл, проходящего через тело человека, при различных по величине сопротивлениях защитных заземлений.

Протокол 4.1.

Uф = 220 В; Rчл = ______ кОм; Rоб = ______ кОм; Rп = ______ кОм

Протокол 4.2.

Uф = 220 В; R0 = ______ кОм; Rоб = ______ кОм; Rп = ______ кОм

Протокол 4.3.

Uф = _______В; Rчл = ______ кОм

		Iчл, А при Rз = 4 Ом	Iчл, А при Rз = 400 Ом

Протокол 4.4.

Uф = 220 В; Rчл = ______ кОм; R0 = _______ кОм

Iчл (Rз = 4 Ом) = __________А = __________мА

Iчл (Rз = 400 Ом) = ________А = __________мА

Задание к работе № 4

Вариант задания соответствует № студента по журналу кафедры (табл.4.1).

Таблица 4.1.

№ по журналу

Подобные документы

Методы расчета одиночного вертикального заземлителя. Способы определения напряжения прикосновения при разных значениях тока. Особенности его прохождения через тело человека. Расчет защитного заземления. Характеристика контурного заземляющего устройства.

контрольная работа , добавлен 15.10.2010


Теоретическое обоснование проведения защитных заземлений и занулений. Необходимость проведения защитного заземления и зануления. Расчет защитного заземления подстанций, зануления двигателя. Устройства, применяемые в данных процессах, их применение.

курсовая работа , добавлен 28.03.2011


Действие электрического тока на организм человека. Факторы, определяющие исход поражения электрическим током. Влияния частоты на организм человека. Продолжительность действия тока. Схема, принцип действия и область применения защитного зануления.

контрольная работа , добавлен 14.04.2016


Расчет общего искусственного освещения рабочего помещения методом светового потока. Расчет искусственного защитного заземления для участков, в которых эксплуатируются электроустановки. Конструкция звукопоглощающей облицовки и расчет снижения шума.

контрольная работа , добавлен 28.11.2012


Сущность защитного заземления, его применение для защиты человека от опасности поражения электрическим током. Устройство и выполнение заземления, нормирование его параметров, расчет и определение числа заземлителей и длины соединительной полосы.

практическая работа , добавлен 18.04.2010


Действие электрического тока на организм челоека и порог ощутимого тока. Основные требования, предъявляемые к электробезопасности аппаратуры. Возникновение напряжения прикосновения при пробое на незащищенный корпус. Защитное заземление и зануление.

курсовая работа , добавлен 24.06.2011


Опасность воздействия на людей электрического тока. Защитное заземление как основная мера защиты металлоконструкции. Состав заземления, обозначения системы заземления на схемах. Виды систем заземления. Принцип действия зануления, системы зануления.

реферат , добавлен 19.11.2010


Требования в области вентиляции при сварочных работах. Проверка прочности щитка со смотровым окном. Фактическая и контрольная пылевая нагрузка. Величина тока, протекающая через тело человека при прикосновении его к оголенному проводу трехфазной сети.

контрольная работа , добавлен 14.02.2012


Основные источники финансирования мероприятий по улучшению условий и охраны труда. Выполнение защитного отключения электроустановки при возникновении утечки тока. Периодичность проверки заземляющих устройств. Первая помощь при отравлении аммиаком.

контрольная работа , добавлен 07.12.2010


Условия возникновения электротравматизма. Влияние контактной сети переменного тока на металлические сооружения. Обеспечение электробезопасности при обслуживании электроустановок. Назначение, принцип действия и область применения защитного заземления.

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.

Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.

Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.

Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.

Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др.). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.

При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.

Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).

При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.

Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.

Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.

Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.

Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: "рука - ноги", "рука - рука". Менее опасным считается путь тока "нога - нога".

Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением. Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Поражение током может возникнуть при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением при пробое изоляции. В этом случае потенциал нетоковедущей части оказывается равным потенциалу той точки электрической цепи, в которой произошло нарушение изоляции.

Опасность поражения усугубляется тем, что прикосновение к нетоковедущим частям в условиях эксплуатации является нормальной рабочей операцией, поэтому поражение всегда является неожиданным.

Влияние на уровень электробезопасности режима нейтрали трехфазных электрических сетей

Место соединения концов фаз источника питания (генератора или трансформатора) называется нейтралью (точка 0).

Режимы нейтрали:

1. заземленная нейтраль,
2. изолированная нейтраль,
3. компенсированная нейтраль.

Заземленная нейтраль

Ток однофазного короткого замыкания в сети с заземленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным использование таких сетей в угольных шахтах и помещениях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помещениях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому нет повышенных требований к изоляции.

На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с заземленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать ток
что очень опасно.

Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно.

Изолированная нейтраль

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания определяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротивлением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой - возможно возникновение искрения при отсутствии дугового разряда, что делает возможным применение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток через тело человека определяется сопротивлением изоляции.

Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека:

что безопасно.

При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновения к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления.

Компенсированная нейтраль

Нейтральная точка соединяется с землей через индуктивное сопротивление , примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Хс, что приводит к образованию "электрической пробки", при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной.

Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соответствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикосновении его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 32. Укажите, что характеризует вторая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Первая цифра означает степень защиты от соприкосновения персонала с частями, расположенными внутри оболочки и степень защиты от попадания внутрь твердых тел или пыли.

Вторая цифра означает степень защиты от попадания воды. Степень защиты от соприкосновения персонала с находящимися частями, расположенными внутри оболочки и степень защиты от попадания внутрь твердых тел или пыли имеет семь классов.

Классы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6

Класс 0 – специальная защита отсутствует.

Класс 1 – защита от проникновения внутрь оболочки большого участка поверхности тела (например, рук) и твердых тел размером более 50 мм.

Класс 2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером более 12 мм.

Класс 3 – защита от проникновения внутрь оболочки инструментов, проволоки диаметром более 2,5 мм и твердых тел размером более 2,5 мм.

Класс 4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм.

Класс 5 – защита от проникновения внутрь оболочки пыли, концентрация которой вызывает нарушение работы ЭТИ.

Класс 6 – защита от проникновения пыли.

Степень защиты ЭТИ от попадания воды внутрь оболочки имеет девять классов защиты.

Классы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

Класс 0 – защита отсутствует.

Класс 1 – защита от капель при вертикальном попадании на оболочку.

Класс 2 – защита от капель при наклонном попадании на оболочку.

Класс 3 – защита от дождя.

Класс 4 – защита от брызг.

Класс 5 – защита от водной струи.

Класс 6 – защита от волн воды.

Класс 7 – защита при погружении в воду.

Класс 8 – защита при длительном погружении в воду.

Примеры .

1. ПЭВМ имеет степень защиты IP30. Класс 3 – защита от случайного проникновения внутрь оболочки (корпуса) системного блока мелких деталей. Класс 0 – отсутствие защиты оболочки (корпуса) системного блока от воздействия капель воды.

2. Устройство электродуговой сварки. Степень защиты IP44. Класс 4 – защита от проникновения твердых тел внутрь оболочки. Класс 4 – защита от водяных брызг.

В первом случае надо защитить трансформатор внутри устройства. Во втором случае работа устройства производится вне помещения.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 44. 122.Укажите, что характеризует первая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Устройство электродуговой сварки. Степень защиты IP44. Класс 4 – защита от проникновения твердых тел внутрь оболочки. Класс 4 – защита от водяных брызг.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 53. Укажите, что характеризует первая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Оболочка электротехнического изделия (ЭТИ) имеет защиту IP 54 (например, пульт управления, расположенный непосредственно на станке с ЧПУ). Укажите, что характеризует вторая цифра по системе защиты IP в данном случае.

Электротехнические устройства со степенью защиты IP54 является достаточно защищенным и может применяться как в обычных условиях, так и на улице, где возможно попадание на устройство воды и пыли.

При этом, степень защиты IP54 обеспечивает меньшую защиту от влаги, чем IP55, а именно: IP 54 обеспечивает защиту от воды и других жидкостей только в виде капель и не защищает от струй воды. Таким образом,изделие со степенью защиты IP54 можно использовать во влажных помещениях и на улице, оно можеть попасть под дождь, однако его нельзя поливать, например из шланга, так как IP 54 обеспечивает защиту только от брызг и капель, попадающих на корпус с любого направления.

Часто степень защиты IP 54 применяется для электротехнических изделий предназначенных для использования на улице, а именно:

влагозащищенные розетки (степень защиты IP 54 обеспечивается специальной подпружиненной крышкой, предотвращающей попадание капель в контакные отверстия розетки); определенные типв уличных светильников (степень защиты IP 54 обеспечивается специальным уплотнением в разъеме корпуса светильника)

электротехнические шкафы (степень защиты IP 54 обеспечивается специальным устройством двери и упругим уплотнением, расположенном в месте примыкания двери к корпусу шкафа)

Устройства со степенью защиты IP54 обеспечивают частичную защиту от проникновения пыли в корпус устройства и полностью защищают от случайного прикосновения к токоведущим частям устройства, что позволяет их использовать как в промышленном, так и в бытовом применении.

К какому классу помещений по степени опасности поражения электрическим током относятся помещения с химически активной средой?

Помещения с химически активной средой - по условиям производства в помещении постоянно или длительно содержатся пары или отложения, действующие разрушающие на изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

126.Укажите принцип работы защитного заземления (контурного или выносного) в случае пробоя фазы на корпус электрооборудования: Превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети.

127.Укажите принцип работы контурного защитного заземления в случае пробоя фазы на корпус оборудования:

Снижение до безопасных значений напряжений и прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземлённого оборудования, а также выравниванием потенциалов за счёт подъёма потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземленного оборудования. (Трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали).

128.Электроустановка эксплуатируется в сети с заземленной нейтралью (заземленный нейтральный провод). Сеть однофазная, U Ф = 220В. Происходит пробой на корпус оборудования. При расчете принять: расчетное сопротивление тела человека R Ч = 1000 Ом и сопротивление заземления R З = 4 Ом.

Определить величину силы тока, проходящую через тело человека при случайном прикосновении к корпусу неисправного оборудования.

При U ф = 220 В; R ч = 1000 Ом; R н = 4 Ом

Последствия – паралич сердца .

130.Согласно ПУЭ минимальное допустимое сопротивление изоляции фаз проводов по отношению к земле в сети с изолированной нейтралью при всех включенных электроустановках должно быть: ……………………………………

В соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли должно быть R из 500000 Ом.³0,5 МОм³

В сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов в период нормальной работы сети, главным образом зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли. С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

При аварийном режиме работы этой же сети, когда имеет место замыкание фазы на землю, напряжение в нейтральной точке может достигать фазного напряжения, напряжение неповрежденных фаз относительно земли становиться равным линейному напряжению. В этом случае, если человек прикоснется к одной фазе, он окажется под линейным напряжением, через него пойдет ток по пути «рука-нога». В данной ситуации на исход поражения сопротивление изоляции проводов не играет никакой роли. Такое поражение током чаще всего приводит к летальному исходу.

На предприятиях, где сети разветвленные и имеют значительную протяженность, а следовательно, большую емкость, система с изолированной нейтралью теряет свое преимущество, так как увеличивается ток утечки, снижается сопротивление участка фаза-земля. С точки зрения электробезопасности в таких случаях предпочтение отдается сети с заземленной нейтралью.

Непосредственно соприкосновение с токоведущими частями установок, находящимися под напряжением, связано с опасностью поражения током. При этом степень опасности и возможность поражения электрическим током зависят от того, каким образом произошло прикосновение человека к проводникам, находящимся под напряжением.

Возможны два случая прикосновений:

1) к двум линейным проводам одновременно;

2) к одному линейному проводу.

Двухфазное прикосновение. Прикосновение к двум линейным проводам (двум фазам) одновременно (рис. 6, а) является чрезвычайно опасным, поскольку к телу человека в этом случае прикладывается наибольшее возможное в данной сети напряжение — линейное. Ток, протекающий через тело человека, равен

где I ч — ток, протекающий через тело человека, в А;

U л — линейное напряжение установки в В;

U ф — фазовое напряжение в В;

R ч — сопротивление человека в Ом.

В сети с линейным напряжением 380 В и при сопротивлении тела человека 1000 Ом через человека будет проходить ток, равный I ч =380/1000= 0,38 А

Такой ток является, безусловно, опасным для жизни человека.

Рис. 6. Схема пути электрического тока :

а— при двухфазном прикосновении; б — при однофазном прикосновении в системе с заземленной нейтралью; в — при однофазном прикосновении в системе с изолированной нейтралью; г — при однофазном прикосновении в системе при наличии емкости

Случаи двухфазного прикосновения человека происходят очень редко. Достаточно сказать, что из всех случаев электропоражений с тяжелым исходом на долю одновременных прикосновений к двум фазам приходится от 3 до 10%.

Однофазное прикосновение. В 90—97% случаев, повлекших тяжелые электропоражения, имело место прикосновение к одной фазе,. Однако прикосновение к одной фазе является значительно менее опасным, чем двухфазное прикосновение. Объясняется это тем, что при однофазном прикосновении напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т. е. меньше линейного в =1,73 раза. Соответственно меньше оказывается и ток, протекающий через тело человека. Кроме того, на величину этого тока влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

Нейтрали генераторов и трансформаторов могут быть выполнены либо глухозаземленными, либо изолированными от земли. Глухозаземленной называется нейтраль генератора или трансформатора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, трансформаторы тока и т. д.). Изолированной называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (например, компенсационные катушки, трансформаторы напряжения и т. д.).

На рис. 6, б и в показаны схемы электрических сетей с заземленной и изолированной нейтралью.

Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью. При таком прикосновении (рис. 6, б) ток, протекающий через тело человека, определяется фазовым напряжением сети , сопротивлением тела R ч, сопротивлением R п пола и почвы на участке от ступней ног до заземляющего устройства, сопротивлением обуви R o б и сопротивлением заземления нейтрали источника тока R 0:

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай. Предположим, что человек, прикоснувшийся к одной фазе, стоит на сыром грунте или на проводящем (металлическом или земляном) полу; его обувь также проводящая — сырая или имеет металлические гвозди. Следовательно, можно принять R п = 0 и R об = 0.

Поскольку сопротивление заземления нейтрали R 0 , как правило, равно 4 Ом, им без ущерба для точности подсчета можно пренебречь. В результате формула примет вид .

При линейном напряжении U л = 380 В через тело человека будет протекать ток, равный

Такой ток опасен для жизни.

Если же человек стоит на изолирующем полу (например, из метлахской плитки) в непроводящей обуви (например, резиновой), то, принимая R п = 120 000 Ом и R об = 100 000 Ом, получим

Такой ток безопасен для человека.

В действительности незагрязненные полы из метлахской плитки и резиновая обувь обладают значительно большим сопротивлением по сравнению с принятыми нами, т. е. ток, протекающий через человека, будет еще меньше.

Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. При однофазном прикосновении человека в сети, имеющей изолированную нейтральную точку (рис. 6, б), ток проходит от места контакта через тело человека, затем через обувь, пол, землю и несовершенную изоляцию проводов к двум другим фазам и далее к источнику электроэнергии. Величина тока, проходящего через тело человека, в этом случае равна

где R из — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли в Ом.

В наиболее неблагоприятном случае, когда человек стоит на проводящем полу и имеет проводящую обувь, т. е. при R п = 0 и R об = 0, формула значительно упростится:

При U л = 380 В и R из = 500 000 Ом получим

Этот ток значительно меньше тока (0,22 А), вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью. Если же принять R п = 120 000 Ом и R oб = 100 000 Ом, то ток будет еще меньше:

Следовательно, в сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости не только от сопротивления пола и обуви, но и от сопротивления изоляции проводов относительно земли: чем лучше изоляция, тем меньше сила тока, протекающего через человека. В сети с заземленной нейтралью положительная роль изоляции проводов практически полностью утрачена.

Таким образом, при прочих равных условиях однофазное прикосновение человека в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью, и, следовательно, система с изолированной нейтралью при нормальном состоянии изоляции менее опасна для человека, чем система с глухим заземлением нейтрали. Однако в линии такой системы может длительное время существовать незамеченное персоналом замыкание одной из фаз на землю. Если в это время человек прикоснется к проводу одной из двух других фаз, то окажется под полным линейным напряжением сети, что равносильно двухфазному прикосновению.

Общие требования обустройстве электросетей. Согласно Правилам устройства электроустановок в четырехпроводных сетях переменного тока и трехпроводных сетях постоянного тока выполняют глухое заземление нейтрали. Сети с изолированной нейтралью применяют при повышенных требованиях безопасности с обязательным устройством контроля изоляции сети и целости пробивных предохранителей силовых трансформаторов, позволяющих персоналу быстро обнаружить замыкание на землю, либо с устройством автоматического отключения участков, получивших замыкание на землю.

Опасность воздействия емкостного тока. В связи с тем, что каждая электрическая установка имеет емкость, необходимо учитывать также ее опасное влияние и возможное поражение током. Выше было сказано, что наименьшую опасность представляет однофазное прикосновение в системе с изолированной нейтралью при наличии качественной изоляции фаз. Однако даже в случае идеальной изоляции поражение током возможно и зависит от величины емкостного тока.

Емкость тока зависит от конструкции сети (воздушная или кабельная), напряжения и сечения проводов. При равных условиях (одинаково высоком напряжении, например, в 10 кВ) емкость жилы подземного кабеля среднего сечения относительно земли значительно больше емкости одной фазы относительно земли воздушной линии (соответственно, 0,2*10 -6 Ф/км и 0,0045*10 -6 ÷ 0,005 X 10 -6 Ф/км).

Предположим, что изоляция сети находится в таком хорошем состоянии, что токами утечки через изоляцию можно пренебречь, но сеть имеет некоторую емкость по отношению к земле. Для рассматриваемого случая схема прикосновения человека к одной фазе и образования цепи движения токов утечки через емкость показана на рис. 6, г.

Общее выражение для емкостного тока, протекающего через тело человека, будет

где jχ c — емкостное сопротивление одной фазы, выраженное в символической форме (здесь χ c = 1/(ω*C)—реактивное сопротивление емкости, где ω = 2πf— угловая частота переменного тока; f — частота тока в Гц; С—емкость фазы по отношению к земле в Ф).

Если взять модуль полного сопротивления, то ток, протекающий через тело человека:

При значительной емкости сети, которая имеет место в разветвленных и протяженных кабельных сетях, величина тока, протекающего через тело человека, может оказаться опасной для жизни. В таких случаях электрические системы с изолированной нейтралью в отношении безопасности полностью теряют преимущества перед системами с заземленной нейтралью и их следует рассматривать как равноценные. Но для сетей малой и средней протяженности однофазное прикосновение менее опасно для систем с изолированной нейтралью.

Опасность шаговых напряжений. Опасность поражения током может возникнуть вблизи места перехода тока

Рис. 7.

в землю с упавшего фазного провода. В зоне растекания токов (рис. 7) человек подвергается воздействию шаговых напряжений, т. е. напряжений, обусловленных, током замыкания на землю между точками почвы, отстоящими друг от друга в зоне растекания токов на расстоянии шага. Опасность поражения в этом случае увеличивается при сокращении расстояния между человеком и местом замыкания на землю и увеличении ширины шага.

Сила тока однофазного замыкания на землю I з может быть определена по формуле величина шагового напряжения U ш по формуле

где R 0 — сопротивление рабочего заземления нейтрали в Ом;

R p — сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазного провода на землю в Ом;

ρ - удельное сопротивление грунта в Ом*см;

а — длина шага в см;

х — расстояние от места замыкания фазного провода до места измерения напряжения в см.

Определим величину шагового напряжения, воздействию которого подвергается стоящий на земле человек, если произошло замыкание на землю в сети напряжением 330/220 В с заземленной нейтралью. Сопротивление рабочего заземления R 0 = 4 Ом. Сопротивление растеканию тока в месте замыкания R р = 12 Ом (это соответствует наименьшему значению сопротивления, за исключением случая замыкания на металлическую конструкцию большой протяженности). Человек находится на расстоянии х = 4 м от точки замыкания. Величина шага а = 0,8 м. Удельное сопротивление, грунта растеканию тока ρ = 3*10 4 Ом*см.

Первоначально определим силу тока замыкания на землю а затем величину шагового напряжения

Параметры тока, проходящего через человека при воздействии шагового напряжения, зависят, кроме того, от сопротивлений опорной поверхности ног и обуви. Защитное действие оказывает обувь, обладающая хорошими изоляционными свойствами, например, резиновая.