 |
Анализ и оценка опасности поражения электрическим током в 3-хфазных сетей до 1000 В в зависимости от режима нейтрали.
|
|
|
|
Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов, в том числе и от электрического сопротивления тела человека, величины и длительности протекания через него тока, рода и частоты тока, схемы включения человека в электрическую цепь, состояния окружающей среды и индивидуальных особенностей организма.
Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей. Кожа, в основном верхний ее слой толщиной 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток, обладает большим сопротивлением, которое определяет общее сопротивление тела человека. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела человека составляет 200...20 000 Ом. При увлажненной и загрязненной коже сопротивление тела снижается до 300...500 Ом, т.е. до сопротивления внутренних органов. При расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом.
Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия. Человек начинает ощущать проходящий через него ток промышленной частоты 50 Гц относительно малого значения 0,5... 1,5 мА. Этот ток называется пороговым ощутимым током. Ток силой 10...15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т.е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим.
При силе тока 20...25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы легких.
|
|
|
Ток силой 100 мА является смертельно опасным, так как он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызывая его остановку или фибрилляцию (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать.
Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, так как с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воздействия тока.
Род и частота тока также в значительной степени определяют степень поражения электрическим током. Наиболее опасен переменный ток частотой 20... 1000 Гц. При частоте меньше 20 Гц или более 1000 Гц опасность поражения током значительно снижается.
Состояние окружающей среды (температура, влажность, наличие пыли, паров кислот) влияет на сопротивление тела человека и сопротивление изоляции, что в конечном итоге определяет характер и последстия поражения электрическим током. С точки зрения состояния окружающей среды производственные помещения могут быть сухие, влажные, сырые, особо сырые, жаркие, пыльные с токопроводящей и нетокопроводящей пылью, с химически активной или органической средой. Во всех помещениях, кроме сухих, сопротивление тела человека уменьшается.
Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейтралью. Провода электрических сетей по отношению к земле имеют емкость и активное сопротивление - сопротивление утечки, равное сумме сопротивлений изоляции путем тока на землю (рис. 3.13). Для упрощения анализа можно принять их равными, т.е. СА = СB = СC и rA = rB = rC = r.
При прикосновении человека к одному из фазных проводов (3.13, а) (однофазное сопротивление) исправной сети проводимость этого провода относительно земли уменьшается и происходит смещение нейтрали. Ток через человека в этом случае выражается зависимостью:
|
|
|
Iч =
| Uф | ||
Rч √1 +
|
,
где Uф - фазное напряжение сети; Rч - сопротивление цепи человека; r = rтч + rод + rоб + rоп, где rтч - сопротивление тела человека; rод- сопротивление одежды (0,5...1 кОм - для влажной ткани и 10...15 кОм
Рис. 3.13. Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейтралью
- для сухой); rоб - сопротивление обуви (для влажной - 0,2...2 кОм, а для сухой - 25...5000 кОм); rоп - сопротивление опорной поверхности ног - пола или фунта (сопротивление сухих полов достигает 2 кОм, а влажных или пропитанных щелочами или кислотами - 4...50 Ом); сопротивление опорной поверхности ног на грунте зависит от удельного сопротивления грунта и может быть определено по формулам:rоп = 2,2q, если ступни расположены рядом и rоп = 1,6q - ступни ног расположены на расстоянии шага (где q - удельное сопротивление фунта, Ом·м); ω = 2πf - угловая частота сети, f - частота тока для промышленных сетей равна 50 Гц.
В случае коротких электрических сетей (при малых емкостях фазных проводов относительно земли С = 0) выражение для тока через человека запишется так:
Iч = 3Uф /(3Rч + r).
В кабельных сетях сопротивления утечки большие (r → ∞), а емкости значительны. Тогда:
Iч = Uф ω C √9Rч2 ω2 C2 + 1.
При двухфазном прикосновении (рис. 3.13, б) человек попадает под линейное напряжение и ток через человека определяется выражением:
Iч = Uл /Rч,
где Uл - линейное напряжение сети: Uл = √3Uф.
В аварийном режиме работы сети при наличии замыкания на одной из фаз на землю (рис. 3.13, в) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, выразится зависимостью:
Iч = Uл /(Rч + Rк).
Если переходным сопротивлением Rк в месте замыкания на землю можно пренебречь по сравнению с сопротивлением цепи человека, ток через человека
Iч ≈ Uл /Rч,
где Uл = √3Uф.
Таким образом, при прикосновении к одному фазному проводу сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме ток через человека зависит от сопротивления утечки и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю резко повышает опасность однофазного прикосновения, так как в этом случае человек попадает под напряжение, близкое к линейному. Наиболее опасным является двухфазное прикосновение.
|
|
|
Опасность трехфазных электрических сетей с заземленной нейтралью. Трехфазные сети с заземленной нейтралью обладают малым сопротивлением между нейтралью и землей (практически оно равно сопротивлению рабочего заземления нулевой точки трансформатора или генератора) (рис. 3.14). Напряжение любой фазы исправной сети относительно земли равно фазному напряжению, и ток через человека, прикоснувшегося к одной из фаз (рис. 3.14, а), определится выражением:
Iч = Uф /(Rч + R0),
где R0 - сопротивление рабочего заземления нейтрали.
Пренебрегая сопротивлением рабочего заземления нейтрали (R ≤ 10 Ом) по сравнению с сопротивлением цепи человека, можно записать:
Iч = Uф /Rч.
При двухфазном прикосновении (рис. 3.14, б) человек попадает под линейное напряжение как в сетях с изолированной нейтралью и ток через человека
Iч = Uл /Rч.
В аварийном режиме (рис. 3.14, в), когда одна из фаз сети замкнута на землю, происходит перераспределение напряжения и напряжения исправных фаз по отношению к земле отличны от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение
Рис. 3.14. Опасность трехфазных электрических цепей с заземленной нейтралью
Uч, которое больше фазного, но меньше линейного, и ток, проходящий через человека,
Iч = Uч /Rч.
Таким образом, прикосновение к исправной фазе при замыкании другой фазы на землю опаснее, чем прикосновение в фазе в нормальном режиме работы трехфазной сети с заземленной нейтралью, а наиболее опасно двухфазное прикосновение.
Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:
1) наименее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;
2) при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;
3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.
|
|
|
3х фазная четырехпроводная сеть с изолированной нетралью имеет опасность поражения электрическим током и применяться не должна.
в 3х фазной сети до 1 кВ с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании на корпус, поэтому такую сеть применять запрещается.
повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения электрическим током, возникающего при обрыве нулевого защитного проводника, но не может обеспечить условий безопасности, которые существовали до обрыва.
одновременное заземление и зануление одного и того же корпуса наоборот улучшает условия безопасности, т.к. создаёт дополнительное заземление нулевого проводника.
1. При нормальном режиме работы сети прикосновение человека к одному из фазных проводов в период нормальной работы более опасно в четырехпроводной сети с заземленной нейтралью.
2. При аварийном режиме работы сети прикосновение человека к одному из фазных проводов в трехпроводной сети с изолированной нейтралью более опасно, чем прикосновение к здоровой фазе четырехпроводной сети с заземленной нейтралью.
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.
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.
|
|
|
