4525 (Причины электротравм. Действие электричества на человека), страница 2

Сети с глухозаземленной нетралью применяются при значительной протяженности и разветвленности, когда невозможно обеспечить высокий уровень изоляции (высокая влажность, агрессивность среды и т.д.), невозможно контролировать и поддерживать высокий уровень изоляции, либо когда емкостные токи из-за высокой разветвленности достигают опасных значений для человека (сети крупных промышленных предприятий).

Фазные провода А, В, С называются линейными проводами, напряжение между любыми двумя из них 380В.

Степень опасности и возможность поражения электротоком зависят от условий включения в сеть. (рис. 3.4.1)

1. Самым опасным является прикосновение человека к двум различным фазам, находящимся под напряжением. Человек оказывается включенным на полное линейное напряжение в сети и сила тока, проходящего через человека,

(3.4.2)

где Uл—линейное напряжение сети, В;

Rr—сопротивление тела человека, Ом.

В этом случае при всех напряжениях в сети сила тока Ir>0,01 А, значительно больше удерживающего тока.

При этом в считанные доли, происходит пробой кожного покрова и по телу человека замыкается электрическая цепь. Особо опасно прохождение тока рядом с жизненно важными органами: сердце, грудная клетка, печень и так далее, что может вызвать фибрилляцию сердца, потерю сознания и привести к летальному исходу.

При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Следовательно, двухфазное прикосновение является одинаково опасным как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при равенстве линейных напряжений этих сетей).

2. При одновременном соприкосновении человека с линейным и нулевым проводом имеет место однофазное включение. Опасность поражения током в этом случае, по сравнению с линейным, в 1,73 меньше и определяется уравнением

(3.4.3)

Первый и второй случаи еще очень опасны и потому, что ток проходит по кратчайшему пути через руки и жизненно важные органы человека, парализуя их работу. Следует отметить, что прикосновение человека двумя руками к разным проводам происходит редко, чаще одной рукой, т. е. при однофазном включении.

Рис.3.4.3 Схема двухфазного включения:

а-сети постоянного и однофазного тока; б-сети трехфазного тока

3. При однополюсном прикосновении к двухпроводной сети величина тока, проходящего через человека,

(3.4.4)

где, R_n – сопротивление изоляции пола, Ом;

R_об – сопротивление изоляции обуви, Ом.

4. При однофазном (однополюсном) прикосновении в сети с глухозаземленной нейтралью через тело человека пройдет ток.

(3.4.5)

где, R_о - сопротивление заземления нейтрали, Ом

Сопротивление заземления нейтрали ничтожно мало и им можно пренебречь

R_о = 0, поэтому,

(3.4.6)

т.к. U_ф меньше U_л в , то величина тока поражения будет значительно меньше, чем при двухфазном включении и зависит от величины сопротивления пола и обуви.

5. При однофазном включении человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью величина тока, проходящего через человека, будет меньше, чем при аналогичном включении в сети с глухозаземленной нейтралью (при исправной сети). Это связано с тем, что добавляется сопротивление изоляции (R_A; R_B; R_C) и емкости (С_A; С_B; С_C) фаз.

Если пренебречь емкостным сопротивлением, т.е. С_A = С_B = С_C = 0, то

(3.4.7)

где, R_u – сопротивление изоляции одной фазы, Ом, R_U = R_A = R_B = R_C

а при R_n = R_об = 0

(3.4.7)

В случае заземления нейтрали через человека пройдет меньший ток, т.к. сила тока существенно зависит от состояния изоляции, подбора полов в помещениях, где установлена электроаппаратура, спецобуви и так далее. Например, сухие полы имеют сопротивление до 1 *10⁶ Ом•м.

Не учтение влияния сопротивления пола помещения и обуви может привести к несчастному случаю.

Из сравнения приведенных выше формул видно, что ток, проходящий через человека, при условиях, соответствующих формулам (3.4.3. и (3.4.4), будет меньше, так как при однофазном включении ток не проходит через жизненно важные органы.

Выше рассмотрены условия поражения человека при нормальной работе электросети. В случае аварийных режимов (замыкания корпуса или одной из фаз на землю) ток, которой проходит через тело человека при соприкосновении с исправной фазой определяется

(3.4.9)

где, R_к – сопротивление короткого замыкания, Ом

R_к - весьма мало и им можно пренебречь, тогда ток поражения

(3.4.10)

т.е. ток поражения равен, практически току поражения при двухфазном включении в электрическую цепь, что очень опасно для человека.

В сетях с глухозаземленной нейтралью срабатывает защита при возникновении короткого замыкания .

Поэтому, можно сделать следующие выводы:

в условиях малой протяженности сети и сохранения постоянного высокого сопротивления изоляции, малой вероятности замыкания на землю (при наличии автоматического контроля изоляции на землю) - сети с изолированной нейтралью менее опасны, чем с глухозаземленной;

в условиях разветвленной сети с глухозаземленной нейтралью большой протяженности, когда нет возможности поддерживать постоянно высокий уровень изоляции сети, а при большом количестве потребителей не исключено возникновение замыкания на корпус - сети с глухозаземленной нейтралью имеют преимущество, заключающееся в отсутствии влияния сопротивления сети относительно земли (активного емкостного) на ток поражения и автоматическом отключении участка с поврежденной изоляцией при замыкании на корпус.

Опасность при замыкании тоководов на землю

Замыканием на землю называется соприкосновение тоководов или частей электроустановок, которые находятся под напряжением с землей (обрыв тоководов, повреждение изоляции электроустановок и т.д.)

В месте контакта токовода (заземления) происходит растекание тока, по поверхности, что создает на поверхности потенциалы различной плотности. Величина потенциала и характер растекания тока на поверхности земли зависит от формы заземлителя, однородности и электропроводности грунта и силы тока. На рис 3.4.5 показано растекание тока в однофазном изотропном грунте через полусферический одиночный заземлитель. Вследствие однородности грунта, изотропный ток растекается равномерно по поверхности. Плотность тока δ в точке А на поверхности грунта на расстоянии х от заземлителя определяется как отношение тока заземления на землю к площади поверхности полусферы радиуса х

(3.4.11)

Данная поверхность является эквипотенциальной поверхностью.

Потенциал точки А равен суммарному падению напряжения от точки А до земли (бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом)

(3.4.12)

Согласно закона Ома напряженность электрического поля в точке А равна:

(3.4.13)

где, - удельное сопротивление грунта, Ом^.м.

После подстановки данного значения получим:

(3.4.14)

Как видно из зависимости (3.4.14), изменение потенциала точек грунта подчиняется гиперболическому закону (3.4.13).

Человек, попадая в зону растекания тока и соприкасаясь при этом с токопроводящими частями, оказывается под напряжением прикосновения.

При прохождении человека через зону растекания он подвергается воздействию шагового напряжения.

Напряжение прикосновения. При нахождении человека в зоне растекания (в радиусе 20м, за указанным расстоянием электрический потенциал, практически, равен нулю) и при прикосновении к заземленным корпусам электрооборудования, которые находятся под напряжением, возникает напряжение прикосновения, равное разнице потенциалов точек контакта (между руками и ногами )

(3.4.15)

При прикосновении рукой с заземленным корпусом потенциал руки равен потенциалу данного корпуса или напряжению замыкания:

(3.4.16)

Ноги человека при нахождении в точке А имеют потенциал:

(3.4.17)

Чем далее удалены ноги человека от места замыкания, тем выше напряжение прикосновения.

В общем, виде напряжение прикосновения равно:

(3.4.18)

где, - коэффициент напряжения прикосновения, который зависит от формы заземлителя и расстояния от него (табличные данные)

Напряжением шага называется разность потенциалов точек земли, отстоящих друг от друга на расстоянии шага человека. Следовательно, человек, не касаясь каких-либо частей электроустановок, может оказаться под напряжением, и ток при этом идет от одной ноги человека к другой. Это происходит потому, что удаленные на разные расстояния от провода точки почвы касаются одновременно ног человека и имеют разные потенциалы (рис. 3.4.5):

; (3.4.19)

Тогда напряжение шага

где — удельное сопротивление, Ом • см; х — расстояние от провода до одной ноги, м; а — шаг человека, м.

Рис 3.4.5 Растекание элетрического потенциала на грунте при коротком замыкании токовода на землю

Шаг человека обычно принимается 0,8 м. Анализ формулы (3.4.18) указывает на то, что с удалением от источника тока напряжение шага падает и на расстоянии 20 м практически равно нулю. При больших токах замыкания напряжение шага может достигать значений, опасных для жизни человека. Уменьшить опасность поражения током можно устройством контурного заземления (выравниванием потенциалов). Приближаться к лежащему на земле проводу в радиусе 8 м от места замыкания запрещается. При попадании под напряжение шага человек должен быстро выйти из опасной зоны мелкими шагами, почти не отрывая ног от земли.

Классификация условий работ (помещений) по степени электроопасности

Существует следующая классификация условий работ по степени электробезопасности (ГОСТ 12.-1.013—78);

1. Условия с повышенной опасностью:

- работа в сырых помещениях с влажностью более 75%;

-наличие проводящей пыли;

-наличие токопроводящих оснований (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных);

-наличие повышенной температуры (длительно 35° С, кратковременно 40° С).

-не исключено включение человека в электрическую цепь за счет одновременного соприкосновения с электрооборудованием и металлическими корпусами зданий и сооружений

2. Особо опасные условия:

- работа на улице и в очень сырых помещениях с постоянной относительной влажностью, близкой к 100%, со стенами, покрытыми конденсатом;

- наличие агрессивной коррозионной среды (паров и вредных газов);

- наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности.

3. Условия без повышенной опасности:

- это работа в сухих помещениях с относительной влажностью не более 75%

- температурой воздуха 5—35° С

- с полами, обладающими большим сопротивлением

- без токопроводящей пыли.