Опасность поражения током в различных электрических сетях. Как оценивается опасность поражения человека током электроустановки в электросетях различной конфигурации

Существуют различные схемы включения человека в электрическую цепь тока:

Однофазное прикосновение – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки;

Двухфазное прикосновение – одновременное прикосновение к проводникам двух фаз действующей электроустановки;

Прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции;

Включение под напряжение шага – включение между двумя точками земли (грунта), находящимися под разными потенциалами.

Рассмотрим наиболее характерные схемы включения человека в электрическую цепь тока.

Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (I h ) при однофазном прикосновении (рис. 6) замкнется по цепи: фаза L 3 – тело человека - основание (пол) – заземлитель нейтрали – нейтраль (нулевая точка).

Рис. 6. Схема однофазного прикосновения в сети

с глухозаземленной нейтралью

По закону Ома: ,

Где R о – сопротивление заземления нейтрали,

R осн - сопротивление основания.

Если основание (пол) токопроводящее, то R осн ≈ 0

Учитывая то, что R о « R h , то

U h = U ф

Такое прикосновение крайне опасно.

Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (рис. 7) замкнется по цепям: фаза L 3 – тело человека – пол и далее возращается в сеть через изоляции фаз L 2 и L 1 , т.е. далее ток следует по цепям: изоляция фазы L 2 - фаза L 2 - нейтраль (нулевая точка) и изоляция фазы L 1 - фаза L 1 – нейтраль (нулевая точка). Таким образом, в цепи тока, протекающего через тело человека, последовательно с ним оказываются включенными изоляции фаз L 2 и L 1 .

Рис. 7. Схема однофазного прикосновение в сети

с изолированной нейтралью

Сопротивление изоляции фазы Z имеет активную (R ) и емкостную составляющие (С ).

R – характеризует неидеальность изоляции, т.е. способность изоляции проводить ток, хотя и значительно хуже, чем металлы;

С – емкость фазы относительно земли определяется геометрическими размерами воображаемого конденсатора, «пластинками» которого являются фазы и земли.

При R 1 = R 2 = R 3 = R ф и С 1 = С 2 = С 3 = С Ф ток, протекающий через тело человека:

где Z - полное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли.

Если емкость фаз пренебречь С ф = 0 (воздушные сети небольшой протяженности), то:

откуда следует, что величина тока зависит не только от сопротивления человека, но также от сопротивления изоляции фазного провода относительно земли.

Если, например, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 Ом, то

; U h = 0,0111000 = 110 В

Двухфазное прикосновение. При двухфазном прикосновении (рис. 8) независимо от режима нейтрали человек окажется под линейным напряжением сети U л и по закону Ома:

при U л =380 В: I = 380/1000 = 0,38 А = 380 мА.

Рис. 8. Схема двухфазного прикосновения человека

Двухфазное прикосновение крайне опасно, такие случаи сравнительно редки и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1000 В, что является нарушением правил и инструкции.

Прикосновение к металлическому корпусу, оказавшемуся под напряжением. Прикосновение к корпусу электроустановки (рис. 9), в которой фаза (L 3) замкнулась на корпус, равносильно прикосновению к самой фазе. Поэтому анализ и выводы для случаев однофазного прикосновения, рассмотренные ранее, полностью применяются для случая замыкания на корпус.

Рис. 9. Схема прикосновения человека к металлическому

корпусу, оказавшемуся под напряжением

Большой процент травм, вызванных воздействием электрического тока, имеет место при прикосновении человека к металлическим частям или корпусам электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением вследствие неисправности изоляции.

Тяжесть электротравмы зависит от тока, протекающего через тело человека, частоты тока, физиологического состояния организма, продолжительности воздействия тока, пути тока в организме и производственных условий.

При этом человек оказывается под напряжением прикосновения - напряжением между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном к ним прикосновении

где - ток, протекающий через тело человека, А;

-сопротивление тела человека, Ом.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, предназначенные для проектирования способов и средств защиты людей, при взаимодействии их с электроустановками нормируются /2/ и при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В переменного 50 Гц тока при продолжительности воздействия свыше 1 с не должны превышать
= 20 В и= 6 мА.

Значения напряжений прикосновения и тока, протекающего через тело человека, зависят от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую сеть, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей относительно земли и т.п. Эту зависимость необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, выборе и расчете соответствующих мер защиты и т.п.

При этом принимаем, что сопротивление основания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр.), а также сопротивление его обуви незначительны, и равны нулю.

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах (от 400 до 100000 Ом) в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т.п.), плотности контакта, площади контакта, тока, протекающего через тело человека и напряжения прикосновения, а также от времени воздействия тока на человека.

При напряжении до 1000 В в нашей стране применяют, в основном, две схемы сетей трехфазного тока - четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220 и 660/380 В и трехпроводную с изолированной нейтралью напряжением 36, 42, 127, 220, 380 и 660 В.

Проанализируем опасность поражения током при нормальном режиме работы сетей.

2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Рассмотрим сеть напряжением 380/220 В (рис.1).

Прикосновение человека к корпусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением, в четырехпроводной сети

При нормальном режиме работы сети сопротивление изоляции фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с сопротивлением заземления нейтрали имеют весьма большие значения и с некоторым допущением могут быть приравнены к бесконечности, т.е.
.

В этом случае ток, протекающий через тело человека

где = 220 В - фазное напряжение, т.е. в данном случае напряжение между началом и концом одной обмотки трансформатора.

- сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора, Ом.

В соответствии с ПУЭ /1/ наибольшее значение составляет 66 Ом; сопротивление же тела человека, не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки можно пренебречь значением, т.е.

Таким образом, про прикосновении к корпусу электроустановка, оказавшемуся под напряжением в сети с глухозаземленной нейтралью, человек оказывается практически, под фазным напряжением, т.е. в данном случае под напряжением между фазным и нулевым проводом.

Протекание постоянного тока по телу человека вызывает болевое ощущение в месте прикосновения и в суставах конечностей. Как правило, воздействие постоянного тока на организм человека вызывает ожоги или болевой шок, который в тяжелых случаях может привести к остановке дыхания или сердца.

В случае прикосновения человека к однофазным или двухфазным сетям переменного тока при любом режиме сети относительно земли (изолированная от земли, с заземленным полюсом, с заземленной средней точкой), т.к. в этом случае ток, протекающий через человека, определяется только электрическим сопротивлением его тела.

Степень опасности и исход поражения электрическим током зависят: от схемы «подключения» человека в электрическую цепь; на электрической сети:

трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью;

трехфазная с изолированной нейтралью.

Поражение человека электрическим током может быть вызвано однополюсным (однофазным) или двухполюсным (двухфазным) прикосновением к токоведущей части установки.

Однофазное подключение является менее опасным, чем двухфазное, однако оно возникает значительно чаще и является основной причиной электротравматизма. На исход поражения в этом случае оказывает решающее влияние режим нейтрали электросети.

При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью последовательно с сопротивлением человека оказываются включенными сопротивления изоляции и емкости относительно земли двух других неповрежденных фаз.

Схема прикосновения человека к одной фазе сети с заземленной нейтралью

С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

При аварийном режиме работы этой же сети, когда возникает глухое замыкание фазы на землю, напряжение в нейтральной точке может достигать фазного напряжения, напряжение неповрежденных фаз относительно земли становится 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.

Примеры свидетельствуют о том, что при прочих равных условиях однофазное подключение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейтралью.

Наиболее опасным является двухфазное подключение человека в электрическую сеть, так как он попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от режима нейтрали и условий эксплуатации сети.

7.9. Продолжитель­ность воздействия тока.

Продолжительность воздействия тока часто является фактором, от которого зависит конечный исход поражения. Чем продолжительнее воздействие электрического тока на организм человека, тем тяжелее последствия поражения. Через 30с сопротивление тела человека протеканию тока падает примерно на 25 %, а через 90с - на 70 %.

Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.

Поражение человека током в результате электрического воздействия, т. е. прохождения тока через человека, являются следствием его прикосновения к 2-м точкам электрической цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается, как известно, током, проходящим через тело человека или напряжением, под которым он оказывается. Следует отметить, что напряжение прикосновения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Следовательно, указанная выше опасность не является однозначной: в одном случае включение человека в электрическую цепь будет сопровождаться прохождением через него малых токов и будет не очень опасным, в других случаях токи смогут достигать значительных величин, способных привести к смертельному исходу. В настоящей статье рассматривается зависимость опасности включения человека в электрическую цепь, т. е. значения напряжения прикосновения и тока, протекающего через человека, от перечисленных факторов.

Эту зависимость необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, выборе и расчёте соответствующих мер защиты, в частности заземления, зануления, защитного отключения, устройств контроля изоляции сети и т. п.

При этом во всех случаях, кроме особо оговоренных, будем считать, что сопротивление основания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр), а также сопротивление его обуви незначительны и поэтому их можно принять равными нулю.

Итак, наиболее характерными схемами включения человека в электрическую цепь при случайном прикосновении к токоведущим проводникам являются:

1. Включение между двумя фазными проводниками цепи,

2. Включение между фазой и землей.

Само собой, во втором варианте предполагается, что рассматриваяемая сеть электрически связана с землёй за счёт, например, заземления нейтрали источника тока или по причине плохой изоляции проводов относительно земли, либо же по причине наличие между ними большой ёмкости.

Двухфазное прикосновение считается наиболее опасным, поскольку в этом случае к телу человека приложено линейное напряжение 380 вольт, а проходящий через тело ток не зависит от схемы сети и режима её нейтрали.

Двухфазные прикосновения происходят очень редко и связаны в основном, с работой под напряжением:

На электрощитах, сборках и ВЛ;

При использовании неисправных средств индивидуальной защиты;

На оборудовании с неограждёнными токоведущими частями и т. п.

Однофазное прикосновение обычно считается менее опасным, поскольку проходящий в этом случае через человека ток ограничен влиянием ряда факторов. Но оно случается на практике намного чаще двухфазного. Поэтому темой данной статьи является анализ только случаев однофазного прикосновения в рассматриваемых сетях.

При поражении человека электрическим током необходимо принять меры к освобождению пострадавшего от тока и немедленно приступить к оказанию ему первой помощи.

Освобождать человека от действия тока необходимо как можно быстрее, но при этом надо соблюдать меры предосторожности. Если пострадавший находится на высоте, должны приниматься меры по предупреждению его падения.

Прикосновение к человеку, находящемуся под напряжением , опасно, и при ведении спасательных работ необходимо строго соблюдать определенные предосторожности от возможного поражения током лиц, проводящих эти работы.

Наиболее простым способом освобождения пострадавшего от тока является отключение электроустановки или той ее части, которой касается человек . При отключении установки может погаснуть электрический свет, поэтому при отсутствии дневного света необходимо иметь наготове другой источник света - фонарь, свечу и т. д.

После освобождения пострадавшего от тока необходимо установить степень поражения и в соответствии с состоянием пострадавшего оказать ему медицинскую помощь. Если пострадавший не потерял сознание, необходимо обеспечить ему отдых, а при наличии травм или повреждений (ушибы, переломы, вывихи, ожоги и т. д.) необходимо оказать ему первую помощь до прибытия врача или доставить в ближайшее лечебное учреждение.

Если пострадавший потерял сознание, но дыхание сохранилось, необходимо ровно и удобно уложить его на мягкую подстилку - одеяло, одежду и т. д., расстегнуть ворот, пояс, снять стесняющую одежду, очистить полость рта от крови, слизи, обеспечить приток свежего воздуха, дать понюхать нашатырный спирт, обрызгать водой, растереть и согреть тело.

При отсутствии признаков жизни (при клинической смерти отсутствует дыхание и пульс, зрачки глаз расширены из-за кислородного голодания коры головного мозга) или при прерывистом дыхании следует быстро освободить пострадавшего от стесняющей дыхание одежды, очистить рот и делать искусственное дыхание и массаж сердца.

1) Однофазное прикосновение к проводу сети с изолированной нейтралью при исправной изоляции (рис.1):

Рисунок 1 - Однофазное включение человека в электрическую сеть.

Ток, проходящий через человека I h , возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением изоляции R из. До 1000В R из равна 0,5 МОм и больше. Ток, протекающий через тело человека, определяется выражением:

(1)

где R h - сопротивление тела человека, при расчетах берется 1000 Ом;

R из - сопротивление изоляции фаз относительно земли;

U ф - фазное напряжение

С учетом сопротивление обуви R об и пола R п, включенных последовательно сопротивлению тела человека R h , ток, проходящий через человека, будет равен:

(2)

2) Однофазное прикосновение к проводу сети с заземленной нейтралью (рис.2):

Рисунок 2 - Однофазное прикосновение к сети с заземленной нейтралью

Величина тока через человека определяется только сопротивлением тела человека, величины сопротивлений изоляции проводов не влияют на ток, проходящий через тело человека.

, (3)

где R 0 - сопротивление заземления нейтрали. При Uл= 380 В R 0 не превышает 4 0м, то им при расчетах можно пренебречь. В этом случае сопротивление пола и обуви играют большую роль в безопасности человека, т.к. включены в цепь с человеком последовательно.

(4)

При R п = 0 и R об = 0

I h = = 0,22 А = 220 мА > 100 мА >> 10 мА ,

это очень опасно!

При замыкании фазы на землю сеть с изолированной нейтралью (рис. 4) оказывается более опасной, чем с заземленной (рис. 5). Так как, в сети с изолированной нейтралью напряжение, обуславливающее величину тока через тело человека равно U л, а в сети с заземлённой нейтралью оно лежит в пределах:

U л >U пр >U ф

Рисунок 4 - Сеть с изолированной нейтралью

I h = , (7)

где R h - сопротивление тела человека;

R зм - сопротивление замыкания фазы земли

В случае пробоя фазы на корпус оборудования, которое в нормальных условиях не должно находится под напряжением, человек, работающий с этим оборудованием, оказывается в режиме однофазного прикосновения. Для защиты от поражения электрическим током в сети с изолированной нейтралью применяется защитное заземление (рис. 6).

Рисунок 5 - Сеть с заземленной нейтралью

Защитное заземление

Защитное заземление выполняется с целью обеспечения безопасности людей при нарушении изоляции токоведущих частей. Применяется также заземление для защиты от действия атмосферного электричества электрооборудования, зданий и сооружений.

Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических частей оборудования, в обычных условиях находящихся не под напряжением, но могущих оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок.

Действие защитного заземления заключается в том, что оно снижает напряжение между корпусом оборудования, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.

Поясним это на примере сети с изолированной нейтралью (рис. 6). Если корпус электрооборудования не заземлен и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно однофазному включению. Если же корпус заземлен, то потенциал корпуса относительно земли падает до безопасно малого значения.

Рисунок 6 - Защитное заземление

Заземлять необходимо металлические части электроустановок, корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников, приводы электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, каркасы распределительных щитов, щитов управления, шкафов и др.

Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а в сетях напряжением 1000 В и выше – с любым режимом нейтрали (рис. 3.18).