Анализ опасности включения человека в электрические сети.

 

Основные случаи поражения электрическим током происходят при прикосновении человека не менее чем к двум точкам сети, имеющим разные потенциалы. Опасность такого прикосновения зависит от условий включения человека в сеть, схемы сети, режи­ма ее нейтрали, величины напряжения и состояния изоляции токоведущих частей от земли. Для анализа опасности электропоражёния рассматриваются различные электрические сети и определяются сила тока и напряжение, под которым может оказаться человек в случае прикосновения.

Включение человека в электрическую сеть может быть однофазным и двухфазным. Однофазное включение представляет собой подключение человека между одной из фаз сети и землей.

Сила поражающего тока в этом случае зависит от режима нейт­рали сети, сопротивлений человека, обуви, пола, изоляции фаз относительно земли. Однофазное включение возникает значитель­но чаще и часто служит причиной электрических травм в сетях любого напряжения.                                                                    

При двухфазном включении человек прикасается к двум фа­зам электрической сети. При двухфазном включении сила тока, протекающего через тело (поражающий ток), зависит лишь от напряжения сети и сопротивления тела человека и не зависит от режима нейтрали питающего трансформатора сети.                      

Электрические сети делят на однофазные и трехфазные. Однофазная сеть может быть изолирована от земли или иметь заземленный провод. На рис. 1 изображены возможные варианты подключения человека к однофазным сетям.

Рис. 1. Схема возможного прикосновения человека к однофазной сети.

а – изолированной от земли, нейтральный режим; б- то же, аварийный режим; в – с заземленным полюсом к изолированному проводу; г – с заземленным полюсом без изолированного провода.

Сила тока, проходящего через человека, I_ч (в А), и напряжение прикосновения U _пр (в В) для первого случая (рис. 1, а) определяются по формулам

Где U – фазное напряжение сети;

r₁, r₂ – сопротивление изоляции проводов относительно земли, при расчетах обычно принимают r₁=r₂=r;

R_q – общее сопротивление тела человека, складываемое из сопротивлений тела, обуви и пола, на котором стоит человек.

В этом случае емкость проводов сети относительно земли принята равной нулю (сеть небольшой протяженности).

Анализ этих формул позволяет сделать практически полезные выводы. Опасность поражения человека при неизменном фазном напряжении зависит от сопротивлений тела человека и изоляции проводов относительно земли. Для обеспечения безопасности лю­дей используют изолирующие свойства полов и обуви.

При аварийном режиме один из проводов сети может оказать­ся замкнутым на землю (см. рис. 1,б). Человек, прикоснувшийся к другому проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению сети, а следовательно, опасность поражения человека током значительно возрастает.

Действительно, при замыкании провода 2 на землю сопротив­ление r ₂ шунтируется сопротивлением в месте замыкания провода r₃ на землю, которое мало по сравнению с r ₁ и R _Ч и может быть принято равным нулю (r₂ = 0), тогда

При заземленной фазе сопротивление одного из проводов сети относительно земли можно принять равным сопротивлению зазем­ления R ₃.

В случае прикосновения человека к изолированному проводу (рис. 1, в)

Откуда

Но R_{Ч ≥} R₃, тогда этот случай сводится ко второму варианту включения человека (рис. 1,б), рассмотренному выше (по нор­мам R_{3 ≤} 10 Ом).

При прикосновении к заземленному проводу (рис. 1, г) че­ловек попадает лишь под небольшое напряжение, равное потере напряжения в заземленном проводе на участке от места заземле­ния до места касания. Следовательно, сила тока будет равна

Тогда

Где I_и – сила тока нагрузки;

Z_пр – полное сопротивление заземленного провода.

Опасность поражения человека при прикосновении к сетям постоянного тока оценивается так же, как и для сетей перемен­ного тока.

Трехфазные сети, согласно Правилам устройства электроуста­новок (ПУЭ), при напряжении до 1000 В применяются или как трехпроводные сети с изолированной нейтралью или как четырехпроводные сети с заземленной нейтралью. При напряжении выше 1000 В, согласно ПУЭ, применяют сети трехпроводные с изолированной или заземленной нейтралью.

Поскольку методический подход к оценке опасности прикосно­вения к сетям с незаземленной и заземленной нейтралью одинаков, достаточно проанализировать две сети, показанные на рис. 2.

Для случая, показанного на рис. 2, а, при r₁= r₂= r₃= r и емкости проводов относительно земли, равной нулю (короткие

 

Рис. 2. Схема возможных прикосновений человека к трехфазной сети:

а – трехпроводной с изолированной нейтралью, нормальный режим; б – то же, аварийный режим; в – четырехпроводной с заземленной нейтралью, нормальный режим; г – то же, аварийный режим.

сети), анализ выделенной стрелками цепи с подключенным транс­форматором и нагрузками R_Ч, r₁, r₂, r₃   приводит к выражению

Откуда

Таким образом, в сетях с изолированной нейтралью опасность поражения для человека, прикоснувшегося к одной фазе в период нормальной работы сети, определяется сопротивлением проводов и человека. С увеличением этих сопротивлений опасность умень­шается.

При аварийном режиме (рис. 2,б), когда возникло замыка­ние фазы 3 на землю через малое сопротивление r₃, сила тока составит

Откуда

Так как R_Ч ≥ r₃, можно считать, что при аварийном режиме человек окажется почти под линейным напряжением. Следова­тельно, этот случай значительно опаснее первого.

При нормальном режиме сети с заземленной нейтралью (рис. 2, в) сила тока в выделенной стрелками цепи, в которой фазное напряжение приложено к сопротивлениям R_Ч и R₃. опре­делится выражением

Откуда

Таким образом, если человек прикоснется к одной из фаз трех­фазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, то он окажется практически под фазным напряжением (R ₃ ≤ R _Ч) и сила тока, проходящего через человека при нормальной работе сети, практически не изменится с изменением сопротивления изо­ляции и емкости проводов отно­сительно земли.

При аварийном режиме (рис. 2, г), так же как и в предыду­щем случае, человек окажется под линейным напряжением сети.

Кроме рассмотренных выше случаев включения человека в электрическую сеть представляет опасность так называемое шаго­вое напряжение. Причиной появления шагового напряжения является образование электрических потенциалов на поверхности земли в пределах поля растекания тока замыкания I_а в грунте, возникающего при падении электри­ческого провода на землю, замыкании токоведущих частей на за­земленный корпус, использовании земли в качестве провода и т. п.

Величина потенциала и характер распространения на поверх­ности земли зависят в основном от электрических свойств и од­нородности грунта, формы заземлителей и силы тока.

На рис. 3 показано лучами растекание тока в однородном изотропном грунте через полусферический одиночный заземлитель.

Рис. 3. Растекание тока в грунте через полусферический заземлитель.

Распределение потенциалов на поверхности земли от места замыкания в точке А определяется выражением

Выражение (а) является уравнением гиперболы. Для других форм заземления конфигурация кривой будет отличаться от гиперболы. Шаговым напряжением U_ш называется разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии шага а = 0,8 м. Как следует из рис. 3, в точке А величина U_ш=макс, а в точке x =20 м, величина U_ш=0.

 

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: