В электрических сетях оценка опасности поражения производится сравнением расчетного значения тока, проходящего через тело человека, со значением тока, не вызывающего смертельного поражения (меньше или равно 10 мА). Ток, поражающий человека, зависит от рабочего напряжения, схемы питания электроустановки, условий включения человека в эту цепь.

В зависимости от рабочего напряжения электроустановки подразделяют на две категории: до 1000 В и свыше 1000 В.

При напряжении до 1000 В применяется две схемы электропитания:

• 1) трехпроводная сеть с изолированной нейтралью;
• 2) четырехпроводная сеть с глухо заземленной нейтралью.

Сети с изолированной нейтралью применяются в случае, когда можно поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость сети относительно земли незначительна (короткие сети), а сети с заземленной нейтралью применяются, если невозможно обеспечить высокий уровень изоляции или емкостные токи имеют достаточно высокие значения.

Случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека, т. е. при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, находящимся под напряжением. Наиболее характерными являются две схемы включения человека в электрическую цепь (рис. 12.2): между двумя проводами (двухфазное прикосновение) и между одним проводом и землей (однофазное прикосновение), при наличии связи между сетью и землей.

Рис. 12.2.

а - двухфазное включение; б, в- однофазное включение

Безопасность трехпроводных сетей с изолированной нейтралью.

Такие сети отличаются тем, что нейтральная точка источника не имеет связи с землей даже через большое сопротивление (рис. 12.3) или вообще отсутствует (если обмотки источника соединены в треугольник), нейтральный провод также отсутствует.

Рис. 12.3.

а - сеть с источником, обмотки которого соединены в звезду; б - сеть с источником, обмотки которого соединены в треугольник.

Двухфазное прикосновение в сетях с изолированной нейтралью. Двухфазное прикосновение к сети наиболее опасно, т. к. при этом ток проходит через тело человека по одному из самых опасных для организма путей: рука - рука.

Двухфазное включение, т. е. прикосновение человека одновременно к двум фазам, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное U n = 1,73 Щ, и поэтому через тело человека пойдет больший ток (А):

При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети.

В сети с линейным напряжением U n =380 В при сопротивлении тела человека R h = 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, будет равен:

Такой ток для человека смертельно опасен.

Случаи двухфазного прикосновения происходят при грубых нарушениях требований электробезопасности, а именно, при обслуживании электроустановок под напряжением, отказе от изолирующих защитных средств при выполнении ремонта, профилактики и т. п.

Однофазное прикосновение в сетях с изолированной нейтралью. Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается ток, проходящий через тело человека.

Кроме того, на значение этого тока влияют также режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции и емкость проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

При включении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью в период ее нормальной работы (рис. 12.4, а) ток, проходя через тело человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, обладающей в исправном состоянии большим сопротивлением.

Рис. 12.4.

сети с изолированной нейтралью:

а - при нормальном режиме; б - при аварийном режиме

Если емкости фаз С а =С ь = С с =С относительно земли и емкостные проводимости b a = Ь ь = b c = b считать симметричными, а также при симметричных сопротивлениях изоляции r a = r h = г с = г и симметричных активных проводимостях g a = g h = g c = g, проводимость цепи человека I h будет определяться выражением:

показывающим, что ток, проходящий через человека, тем меньше, чем больше сопротивления между фазными проводами и землей. Здесь С/ ф - фазное напряжение источника, т. е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока (трансформатора, генератора) или между фазным и нулевым проводом, В; R h - сопротивление цепи человека, Ом; Z - полное сопротивление фаз относительно земли, Ом.

В сетях напряжением до 1000 В малой протяженности емкость невелика и емкостной проводимостью можно пренебречь, тогда полная проводимость Y - g и Z = г, т. е. сопротивление фазы относительно земли равно активному сопротивлению изоляции г и тогда ток, проходящий через человека:

Выражение (12.2) показывает значение изоляции как фактора безопасности: чем выше сопротивление изоляции г, тем меньше ток, проходящий через человека.

При прикосновении человека к фазе в сети с малой емкостью и большим сопротивлением изоляции, если полное сопротивление фаз относительно земли значительно больше сопротивления цепи человека, т. е. |Z|» R h , выражение (12.1) принимает вид:

в этом случае ток, проходящий через человека, ограничивается сопротивлением фаз относительно земли и почти не зависит от сопротивления тела человека.

При сопротивлениях фазы относительно земли в несколько десятков кило- ом (кОм) и более ток, проходящий через человека, невелик и даже может не превышать длительно допустимого значения 10 мА. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью, имеющих высокое сопротивление изоляции и малую емкость, без повреждений изоляции, безопасно даже прикосновение к фазе. Однако подавляющее большинство сетей имеет значительную емкость С >-0,1 мкФ на фазу. У разветвленных сетей с большим числом потребителей сопротивление изоляции мало, а емкость имеет значительную величину. Поэтому может оказаться, что сопротивление фазы относительно земли намного меньше сопротивления цепи человека |Z|«: R h . При этом выражение (12.1) примет вид:

т. е. человек, касаясь фазы, окажется под фазным напряжением, и изоляция почти никак не влияет на величину проходящего через него тока.

В сети с линейным напряжением 380 В (фазное напряжение и ф = 220 В)

ток, проходящий через человека, достигает смертельно опасной величины - 220 мА. Сеть с плохой изоляцией и большой емкостью |Z|-

ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе, достигает опасных и даже смертельных величин: I h >- 50 мА.

Сети напряжением выше 1000 В имеют очень высокое активное сопротивление изоляции, поэтому активной проводимостью фаз относительно земли можно пренебречь. Считая емкости фаз симметричными С а = С ь = С = С, получаем для этой сети Ъ а = Ь ь = b c = b , Y = jb или Z = -jx, где j - мнимая часть проводимости; х - емкостное сопротивление фаз относительно земли. Ток, проходящий через человека, по (12.1) равен:

Однополюсное прикосновение к токоведущим частям, а также прикосновение к оказавшемуся под напряжением корпусу, даже незаземленному, при малом напряжении безопасно, так как ток, проходящий через человека, даже при прикосновении к фазе определяется сопротивлением изоляции и малым напряжением согласно выражению (12.1):

При аварийном режиме работы сети с изолированной нейтралью, т. е. когда возникло замыкание одной из фаз на землю через малое сопротивление г зм сила тока (А), проходящего через тело человека, прикоснувшегося к исправной фазе (рис. 12.4, б), будет:

а напряжение прикосновения (В):

При замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью сопротивление изоляции замкнутой фазы по отношению к земле становится равным нулю. В этом случае человек, прикоснувшись к неповрежденной фазе, оказывается включенным между двумя фазами в электрической цепи: источник электропитания - неповрежденная фаза - тело человека - земля - поврежденная фаза.

Если принять, что г зм =0, или по крайней мере считать, что г зм R h (так обычно бывает на практике), то в этом случае:

т. е. человек окажется под действием линейного напряжения.

В действительных условиях г зм >- 0, поэтому напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети. Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы, имея в виду, что Я ИЗ / 3 » г з м.

Безопасность четырехпроводных сетей с заземленной нейтралью.

В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому при определении силы тока, проходящего через тело человека, касающегося фазы сети, ими можно пренебречь.

При однофазном прикосновении в сети с заземленной нейтралью цепь, по которой проходит ток, состоит из сопротивления тела человека R h , его обуви R o6 , пола R n , а также сопротивления заземления нейтрали г 0 (рис. 12.5).

Рис. 12.5.

а - при нормальном режиме; б - при аварийном режиме

В этом случае сила тока в этой цепи определяется в виде:

Для безопасности работающих в электроустановках важно иметь непроводящую ток обувь и изолирующие полы. При нормальном режиме работы сети в наиболее неблагоприятных условиях сила тока (А), проходящего через тело человека, будет (рис. 12.5, а):

Поскольку сопротивление нейтрали г 0 обычно во много раз меньше сопротивления тела человека, им можно пренебречь, тогда:

Однако при этих условиях и однофазное прикосновение, несмотря на меньший ток, весьма опасно. Так в сети с фазным напряжением 220 В ток, проходя через тело человека, будет иметь величину:

Такой ток смертельно опасен для человека. При равных условиях прикосновение человека к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изолированной нейтралью, но менее опасно прикосновения к неповрежденной фазе сети с изолированной нейтралью в аварийный период, так как сопротивление г зм может в ряде случаев мало отличаться от сопротивления г 0 .

При аварийном режиме, когда одна из фаз сети замкнута на землю через относительно малое сопротивление г 3 м, силу тока, проходящего через тело человека, касающегося исправной фазы (рис. 12.5, б), определяют по уравнению:

Напряжение прикосновения в этом случае будет:

Если сопротивление замыкания провода на землю г зм считать равным нулю, то напряжение прикосновения будет равно U np = %/з ?/ ф. Следовательно, в данном случае человек окажется под воздействием линейного напряжения сети. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали г 0 , то U np = ?/ ф, т. е.

напряжение, под которым окажется человек, будет равно фазному напряжению. Однако в практических условиях сопротивления г 3 м и г 0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного, т. е.:

Вместе с тем этот случай является, как правило, менее опасным, чем прикосновение к исправной фазе сети с изолированной нейтралью в аварийный период, поскольку в ряде случаев г 0 мало по сравнению с г зи. В случае аварии, когда одна фаза замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, т. к. при такой аварии напряжение неповрежденной фазы относительно земли сможет возрасти с фазного 220 В до линейного 380 В, а в сети с заземленной нейтралью при подобной ситуации повышение напряжения окажется незначительным. При однофазном прикосновении в сети с замыканием на землю одной из фаз, независимо от того, заземлена нейтраль источника тока или изолирована, прикосновение к неповрежденной фазе является смертельно опасным.

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.

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.

Двухфазное (двухполюсное) прикосновение более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение. Ток через человека рассчитывается по формуле:

прикосновение человека к двум фазам Для сети постоянного тока 220 В ток через тело человека будет равен:

Этот ток является неотпускающим и человек не может освободиться от него без посторонней помощи.

10.Ток, проходящий через тело человека , п 2-х проводной сети изолированной от земли (схема, формула).

Очевидно, что чем лучше изоляция проводов относительно земли , тем меньше опасность однофазного (и двухфазного) прикосновения к проводу .

11.Ток, проходящий через тело человека , п ри однофазном прикосновении в однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом (схема, формула).

где:
- сопротивление заземления провода. Очевидно, что при
человек оказывается практически под полным напряжением сети, а ток через тело человека имеет наибольшее значение.

12.Ток, проходящий через тело человека , п ри однофазном прикосновении в 3-х фазной сети с заземлённой нейтралью (схема, формула).

(2.3)

13.Ток, проходящий через тело человека , п ри однофазном прикосновении в 3-х фазной сети с изолированной нейтралью (схема, формула).

(2.5)

14.Замыкания на корпус в электроустановках.

Замыканием на корпус называется случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

15.Замыкания на землю в электроустановках.

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями и предметами, не изолированными от земли.

16.Классификация электроустановок и помещений.

Условно электроустановки можно разделить на: -электроустановки до 1 кВ; -электроустановки выше 1 кВ; -электроустановки с малым напряжением (не более 42 В); -электроустановки с малыми токами замыкания на землю (I з 500А); -электроустановки с большими токами замыкания на землю (I з 500А). В отношении опасности поражения людей электрическим током помещения различаются на:

* Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную и особую опасность;

* Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий:

Сырость или токопроводящая пыль;

Токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

высокая температура;

Возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющих соединение с землей, технологическим аппаратом, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой.

* Особо опасные помещения, характеризуются наличием одного из следующих условий:

Особая сырость;

Химически активная или органическая среда;

Одновременно два или более условий повышенной опасности.

"

Знание процессов, протекающих в электроустановках, позволяет энергетикам безопасно эксплуатировать оборудование любого напряжения и вида тока, выполнять ремонтные работы и техническое обслуживание электрических систем.

Избежать случаев поражения током электроустановки помогает информация, излагаемая в , ПТБ и ПТЭ - основных документов, созданных лучшими специалистами на основе анализа несчастных случаев с людьми, пострадавшими от опасных факторов, сопровождающих работу электрической энергии.

Обстоятельства и причины попадания человека под действие электрического тока

Руководящие документы по безопасности выделяют три группы причин, объясняющих поражение работников электрическим током:

1. непреднамеренное, нечаянное приближение к токоведущим частям с напряжением на расстояние, меньшее безопасного или прикосновение к ним;

2. возникновение и развитие аварийных ситуаций;

3. нарушения требований, указанных в руководящих документах, предписывающих правила поведения работников в действующих электроустановках.

Оценка опасностей поражения человека заключается в определении расчетами величин токов, которые проходят через тело пострадавшего. При этом приходится учитывать много ситуаций, когда контакты могут возникнуть в случайных местах электроустановки. К тому же, приложенное к ним напряжение изменяется в зависимости от многих причин, включающих условия и режимы работы электрической схемы, ее энергетические характеристики.

Условия поражения человека током электроустановки

Чтобы через тело пострадавшего стал протекать ток, необходимо создать электрическую цепь подключением его минимум к двум точкам схемы, обладающей разностью потенциалов - напряжением. На электрическом оборудовании возможны проявления следующих условий:

1. одновременное двухфазное или двухполюсное прикосновение к различным полюсам (фазам);

2. однофазное или однополюсное прикосновение к потенциалу схемы, когда человек имеет непосредственную гальваническую связь с потенциалом земли;

3. случайное создание контакта с проводящими элементами электроустановки, которые оказались под напряжением в результате развития аварии;

4. попадание под действие напряжения шага, когда разность потенциалов создана между точками, на которых одновременно находятся ноги или другие части тела.

При этом может возникнуть электрический контакт пострадавшего с токоведущей частью электроустановки, который рассматривается ПУЭ как прикосновение:

1. прямое;

2. либо косвенное.

В первом случае он создается непосредственным контактом с токоведущей частью, включенной под напряжение, а во втором - при прикосновениях к не изолированным элементам схемы, когда на них прошел опасный потенциал в случае развития аварии.

Чтобы определить условия безопасной эксплуатации электроустановки и подготовить для работников внутри нее рабочее место, необходимо:

1. проанализировать случаи вероятного создания путей прохождения электрического тока через организм обслуживающего персонала;

2. сравнить его максимально возможную величину с действующими минимально допустимыми нормативами;

3. принять решение о выполнении мер обеспечения электрической безопасности.

Особенности анализа условий поражения людей в электроустановках

Для оценки величины тока, проходящего через тело пострадавшего в сети постоянного или переменного напряжения, используются следующие виды обозначений для:

1. сопротивлений:

Rh - у тела человека;

R0 - для устройства заземления;

Rиз- слоя изоляции относительно контура земли;

2. токов:

Ih - через тело человека;

Iз - замыкания на контур земли;

Uc - цепи постоянного либо однофазного переменного токов;

Uл - линейных;

Uф - фазных;

Uпр - прикосновения;

Uш - шага.

При этом возможны следующие типовые схемы подключения пострадавшего к цепям напряжения в сетях:

1. постоянного тока при:

однополюсном касании контакта проводника с потенциалом, изолированным от контура земли;

однополюсном касании потенциала схемы с заземлённым полюсом;

двухполюсном контакте;

2. трехфазных сетей при;

однофазном контакте с одним из потенциальных проводников (обобщенный случай);

двухфазном контакте.

Схемы поражения в цепях постоянного тока

Однополюсный контакт человека с потенциалом, изолированным от земли

Под действием напряжения Uc по последовательно созданной цепочке из потенциала нижнего проводника, тела пострадавшего (рука-нога) и контур земли через удвоенное сопротивление изоляции среды протекает ток Ih.

Однополюсный контакт человека с заземленным потенциалом полюса

В этой схеме ситуацию усугубляет подключение к контуру земли одного потенциального провода с сопротивлением R0, близким к нулю и значительно меньшим, чем у тела пострадавшего и слоя изоляции внешней среды.

Сила искомого тока приблизительно равна отношению напряжения сети к сопротивлению человеческого тела.

Двухполюсный контакт человека с потенциалами сети

Напряжение сети напрямую прикладывается к телу пострадавшего, а ток через его организм ограничивается только его собственным незначительным сопротивлением.

Общие схемы поражения в цепях переменного трехфазного тока

Создание контакта человека между фазным потенциалом и землей

В общем случае между каждой фазой схемы и потенциалом земли имеется свое сопротивление и создается емкость. Нейтраль обмоток источника напряжения имеет обобщенное сопротивлением Zн, величина которого в разных системах заземления цепи меняется.

Формулы расчета проводимостей каждой цепочки и общей величины тока Ih через фазное напряжение Uф представлены на картинке формулами.

Образование контакта человека между двумя фазами

Наибольшую величину и опасность представляет ток, проходящий через цепочку, созданную между непосредственными контактами тела пострадавшего с фазными проводами. При этом часть тока может пройти по пути через землю и сопротивления изоляции среды.

Особенности двухфазного прикосновения

В цепях постоянного и трехфазного переменного токов создание контактов между двумя различными потенциалами наиболее опасно. При такой схеме человек попадает под действие наибольшего напряжения.

В схеме с источником питания постоянного напряжения величина тока через пострадавшего вычисляется по формуле Ih=Uc/Rh.

В трехфазной сети переменного тока это значение вычисляется по соотношению Ih=Uл/Rh=√3 Uф/Rh.

Считая, что среднее электрическое сопротивление тела человека составляет 1 килоом , рассчитаем ток, который возникает в сети постоянного и переменного напряжения 220 вольт.

В первом случае он составит: Ih=220/1000=0,22А. Этой величины в 220 мА достаточно для того, чтобы пострадавший подвергся судорожному сжатию мышц, когда без посторонней помощи он освободиться от воздействия случайного прикосновения уже не в состоянии - удерживающий ток.

Во втором случае Ih=(220· 1,732)/1000 =0,38А. При таком значении в 380 мА возникает смертельная опасность поражения.

Также обращаем внимание на то, что в сети переменного трехфазного напряжения положение нейтрали (может быть изолирована от земли или наоборот - подсоединена накоротко) очень мало влияет на величину тока Ih. Его основная доля идет не через цепочку земли, а между потенциалами фаз.

Если человек применил средства защиты, обеспечивающие его надежную изоляцию от контура земли, то они в подобной ситуации окажутся бесполезными и не помогут.

Особенности однофазного прикосновения

Трехфазная сеть с глухо заземленной нейтралью

Пострадавший прикасается к одному из фазных проводов и попадает под разность потенциалов между ним и контуром земли. Такие случаи происходят чаще всего.

Хотя напряжение фазы относительно земли меньше чем линейное в 1,732 раза, такой случай остается опасным. Ухудшить состояние пострадавшего может:

режим нейтрали и качество ее подключения;

электрические сопротивления диэлектрического слоя проводов относительно потенциала земли;

вид обуви и ее диэлектрические свойства;

сопротивление грунта в месте нахождения пострадавшего;

другие сопутствующие факторы.

Значение тока Ih в этом случае можно определить по соотношению:

Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+R0).

Напомним, что сопротивления: человеческого тела Rh, обуви Rоб, пола Rп и заземления у нейтрали R0, принимаются в Омах.

Чем меньше величина знаменателя, тем сильнее создается ток. Если работник носит токопроводящую обувь, например, промочил ноги или подошвы подбиты металлическими гвоздями, и вдобавок находится на металлическом полу или сырой земле, то можно считать, что Rоб=Rп=0. Так обеспечивается самый неблагоприятный случай для жизни пострадавшего.

Ih=Uф/(Rh+R0).

При фазном напряжении в 220 вольт получим Ih=220/1000=0,22 А. Или ток смертельной опасности 220 мА.

Теперь рассчитаем вариант, когда работник использует средства защиты: диэлектрическую обувь (Rоб=45 кОм) и изолирующее основание (Rп=100 кОм).

Ih=220/(1000 +45000+10000)=0,0015 А.

Получили безопасную величину тока 1,5мА.

Трехфазная сеть с изолированной нейтралью

Здесь отсутствует прямая гальваническая связь нейтрали источника тока с потенциалом земли. Фазное напряжение приложено к сопротивлению слоя изоляции Rиз, обладающей очень высокой величиной, которая контролируется при эксплуатации и постоянно поддерживается в исправном состоянии.

Цепь протекания тока через тело человека зависит от этой величины в каждой из фаз. Если учесть все слои сопротивления току, то его величину можно просчитать по формуле: Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+(Rиз/3)).

Во время самого неблагоприятного случая, когда созданы условия максимальной проводимости через обувь и пол, выражение примет вид: Ih=Uф/(Rh+(Rиз/3)).

Если рассматривать сеть 220 вольт с изоляцией слоя в 90 кОм, то получим: Ih=220/(1000+(90000/3)) =0,007 А. Такой ток в 7 мА будет хорошо ощущаться, но смертельную травму обеспечить не сможет.

Обратим внимание, что мы в рассматриваемом примере умышленно упустили сопротивление грунта и обуви. Если их учесть, то ток снизится до безопасной величины, порядка 0,0012 А или 1,2 мА.

Выводы:

1. в схемах с изолированной нейтралью безопасность работников обеспечить проще. Она напрямую зависит от качества диэлектрического слоя проводов;

2. при одинаковых обстоятельствах прикосновения к потенциалу одной фазы схема с заземленной нейтралью представляет наибольшую опасность, чем с изолированной.

Рассмотрим случай касания металлического корпуса электрического прибора, если внутри него пробита изоляция диэлектрического слоя у потенциала фазы. Когда человек прикоснется к этому корпусу, то через его тело пойдет ток на землю и далее через нейтраль к источнику напряжения.

Схема замещения показана на картинке ниже. Сопротивлением Rн обладает создаваемая прибором нагрузка.

Сопротивление изоляции Rиз совместно с R0 и Rh ограничивает ток междуфазного прикосновения. Он выражается соотношением: Ih=Uф/(Rh+Rиз+Rо).

При этом, как правило, еще на стадии проекта, выбирая материалы для случая, когда R0=0 стараются соблюдать условие: Rиз>(Uф/Ihg) -Rh.

Величина Ihg называется порогом неощутимого тока, значение которого человек не будет чувствовать.

Делаем вывод: сопротивление диэлектрического слоя всех токоведущих частей относительно контура земли определяет степень безопасности электроустановки.

По этой причине все подобные сопротивления нормированы и учтены утвержденными таблицами. С этой же целью нормируют не сами сопротивления изоляции, а токи утечек, которые через них протекают при испытаниях.

Напряжение шага

В электроустановках по разным причинам может возникнуть авария, когда потенциал фазы непосредственно касается контура земли. Если на воздушной ЛЭП один из проводов под действием различного типа механических нагрузок оборвался, то как раз в этом случае и проявляется подобная ситуация.

При этом в месте контакта провода с землей образуется ток, который создает вокруг точки касания зону растекания - площадку, на поверхности которой появляется электрический потенциал. Его величина зависит от тока замыкания Iз и удельного состояния почвы r.

Человек, оказавшийся в границах этой зоны, попадает под действие напряжения шага Uш, как показано на левой половинке картинки. Площадь зоны растекания ограничивается контуром, где потенциал отсутствует.

Значение напряжения шага рассчитывается по формуле: Uш=Uз∙β1∙β2.

В ней учитывается напряжение фазы в месте растекания тока - Uз, которое уточняется коэффициентами характеристик растекания напряжения β1 и влияния сопротивлений обуви и ног β2. Величины β1 и β2 публикуются в справочниках.

Значение тока сквозь тело пострадавшего вычисляется выражением: Ih=(Uз∙β1∙β2)/ Rh.

На правой части рисунка в положении 2 пострадавший создает контакт с замкнувшим на землю потенциалом провода. Он оказывается под влиянием разности потенциалов между точкой касания рукой и контуром земли, которая выражается напряжением прикосновения Uпр.

В этой ситуации ток вычисляют по выражению: Ih=(Uф.з.∙α )/ Rh

Значения коэффициента растекания α могут меняться в пределах 0÷1 и учитывают характеристики, влияющие на Uпр.

В рассмотренной ситуации действуют те же выводы, что и при создании однофазного контакта пострадавшим в нормальном режиме эксплуатации электроустановки.

Если же человек расположен за пределами зоны растекания тока, то он находится в безопасной зоне.