Cr-Bel.ru

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_oби
сопротивлением заземления нейтрали источника тока R₀:

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 R₀, 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. Шаговое напряжение

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_шпо
формуле

где R₀ —
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 R₀ = 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*10⁴ 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.