Однофазное включение человека в электрическую сеть. Анализ сетей Опасность включения человека в эл цепь

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).

К таким заболевания, отягощающим исход электротравмы относятся: повышение функции щитовидной железы, многие заболевания нервной системы, стенокардия. Особенно надо отметить влияние алкогольного опьянения. Кроме того, что человек в состоянии алкогольного опьянения чаще совершает ошибки и получает электротравму, у него, вследствии алкогольной интоксикации, центральная нервная система утрачивает свою регулирующую роль в управлении дыханием и кровообращением, что значительно отягощает исход поражения.

Включение человека в цепь электрического тока

Причины включения. Человек включается в цепь электрического тока при непосредственном контакте тела с токоведущей частью электроустановки, находящейся под напряжением. Обычно это происходит по халатности или в результате ошибочных действий человека, а также из-за неисправности электроустановок и технических средств защиты. К таким случаям, например, относятся следующие:

Прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением, в предположении, что они обесточены;

Прикосновение во время ремонта, чистки или осмотра к ранее обесточенным токоведущим частям, но на которые посторонним лицом ошибочно подано напряжение или произошло самопроизвольное включение неисправного пускового устройства;

Прикосновение к металлическим частям электроустановок, которые обычно не находятся под напряжением, но оказались под напряжением относительно земли из-за повреждения электрической изоляции или других причин (замыкание на корпус);

Возникновение шагового напряжения на поверхности токопроводящего основания (пола), по которому проходит человек; и др.

Схемы включения. Человек может включиться в цепь электрического тока, прикоснувшись к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением, одновременно к двум фазам или к нулевому защитному проводнику и фазе. Соприкосновение с нулевым защитным проводником безопасно (рис.2, а, I), остальные случаи влекут за собой серьезные последствия.

Рис. 2. Схемы путей прохождения электрического тока через тело человека: а – прикосновение к проводам; б – возникновение напряжения прикосновения; в – Возникновение шагового напряжения; I-прикосновение к нулевому проводу; II – прикосновение к фазовому проводу; III – прикосновение к фазовому и нулевому проводам; IV – прикосновение к фазовым проводам; 0 – нулевой провод; 1, 2, 3 – фазные провода; 4 – нейтральная точка; 5- одиночный заземлитель (электрод); А, Б, В- электроустановки

Однофазное (однополюсное) прикосновение (рис.2, а, II и III) происходит наиболее часто при замене ламп и уходе за светильниками, смене предохранителей и обслуживании электроустановок и т.п. В системе с заземленной нейтрально человек окажется под фазным напряжением Uф (в В), которое меньше линейного Uл:

Соответственно меньше будет и величина фазного тока, проходящего через тело человека. Если же человек при этом надежно изолирован от земли (обут в диэлектрические калоши, пол сухой и нетокопроводящий), то однофазное прикосновение опасности не представляет.

Двухфазное (двухполюсное прикосновение) прикосновение более опасно, потому что человек попадает под линейное напряжение (рис. 2, а, IV). Даже при напряжении 127 В и расчетной величине сопротивления тела человека 1000 Ом величина тока в цепи окажется смертельной (127 мА). При двухфазном прикосновении опасность поражения не уменьшится и в том случае, если человек надежно изолирован от земли (пола).

Двухфазные пркосновения происходят редко, обычно при выполнении работ под напряжением, которые строго запрещены.

При повреждении изоляции токоведущих частей и замыкании их на корпус электрооборудования может появиться значительный потенциал. Человек, прикоснувшийся в этом случае к корпусу электроустановки (рис.2, б), окажется под напряжением прикосновения Uп (в В)

где Iч – величина тока, проходящего через человека по пути «рука-нога», А; Rч – сопротивление тела человека, Ом.

Напряжением прикосновения называют разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека.

Напряжение прикосновения будет расти по мере увеличения расстояния между электроустановкой и заземлителем, достигая максимума на расстоянии 20 м и более. При падении фазного провода на поверхности земли возникает зона растекания тока (рис.2, в).

Человек, проходящий через эту зону, окажется под шаговым напряжением (разность потенциалов) между двумя точками цепи тока, находящихся один от другой на расстоянии шага (0,8 м). Наибольшее шаговое напряжение будет около точки замыкания и, постепенно уменьшаясь, на расстоянии 20 м снизится до нуля.

Не следует приближаться к упавшему проводу ближе чем на 6-8 м. В случае необходимости подхода следует обесточить провод или надеть диэлектрические галоши (боты).

Психо-эмоциональная настороженность – «фактор внимания» при работе с электротоком

Формирование у работающих психо-эмоциональной настороженности, «фактор внимания» при работе с электротоком – важнейшие условие личной профилактики электротравматизма. Этот фактор основывается на знаниях физиологического действия электрического тока на организм при попадании пострадавшего в электрическую цепь.

В частности, решающую роль во многих случаях поражений играет «фактор внимания», т. е., по существу, тяжесть исхода поражения обуславливается в значительной степени состоянием нервной системы человека в момент поражения.

Необходимо, чтобы человек был «собран», что позволяет ожидать какого-либо события во время работы, требующей внимания.

Подобное утверждение правомерно в основном при поражении электрическим током напряжением 220-300 В. При больших напряжениях тяжелый исход чаще всего наступает от ожогов дугой. Здесь уже есть основания полагать, что опасность ожога растет практически линейно в зависимости от значения напряжения.

Фактор внимания, несомненно, вызывает мобилизацию защитных систем организма, усиливает через гипофизарно-адреналовую систему кровообращение сердечной мышцы, мозгового кровотока и делает их более устойчивыми к внешним раздражителям (электротравме).

При факторе внимания расстроить биосистему автоматического регулирования важнейших систем организма (центральной нервной системы, кровообращения, дыхания) значительно труднее.

Однако следует отметить, что роль фактора внимания пока еще не находит достаточного отражения в защитных мероприятиях при электробезопасности.

Но есть уверенность в том, что новые взгляды на электробезопасность живой ткани, дальнейшее изучение природы электрической активности организма человека позволяет раскрыть биофизику механизма поражения человека, что будет учтено в разработке мер по защите от действия электрического тока.

Мероприятия, обеспечивающие безопасную эксплуатацию электрооборудования

Технические способы и средства защиты, обеспечивающие электробезопасность, указываются с учетом: источника питания электроэнергией номинального напряжения, рода и частоты тока; режима нейтрали, вида исполнения; условий внешней среды; возможности снятия напряжения с токоведущих частей; характера возможного прикосновения человека к элементам цепи тока.

Анализ условий электробезопасности

Анализ условий электробезопасности заключается в определении величины тока через тело человека (I h) для конкретного случая.

Сравнивая полученные расчетным путем величины тока через тело человека с величиной условно безопасного тока (10мА) делают вывод об опасности данного случая. Если величина тока через тело человека превышает величину условно-безопасного тока - случай считают опасным. Если нет - не опасным. Так как человек в большинстве случаев пользуется сетью до 1000В, а эти сети, как правило, имеют небольшую протяженность, емкостью фазных проводов относительно земли можно пренебречь, считая, что сопротивление изоляции проводов (R из) относительно земли чисто активным.

Определить величину тока через тело человека можно так:

I h = U пр / R h

Сложность расчета заключается в нахождении напряжения прикосновения (U пр). Для нахождения этой величины прибегают к такому приему: определяют путь тока через тело человека, из которого и находят источник напряжения и сопротивления, через которые протекает ток.

Наиболее характерным бывают две схемы включения: между двумя проводами и между одним проводом и землей.

Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным включением, а вторую однофазным.

9.1.1. Двухфазное включение

Двухфазное включение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через тело человека пойдет большой ток (рисунок. 9.1.).

Рисунок 9.1. Двухфазное включение человека в сеть.

где, I h – ток через тело человека

U пр - напряжение прикосновения

Для сети 380/220

Ток опасный для жизни человека

9.1.2. Однофазное включение.

Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, т.к. напряжение под которым оказывается человек не превышает фазного. Кроме того, на значение тока через тело человека влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление обуви человека и другие факторы.

9.1.2.1. Однофазная сеть.

Рисунок 9.3. Схема включения

Рисунок 9.4. Схема замещения

Ток через тело человека можно найти как:

Из выражения можно сделать выводы:

1. Чем больше сопротивление изоляции относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу

2. Прикосновение человека к проводу с большим сопротивлением изоляции более опасно, т.к. напряжение прикосновение будет больше.

9.1 1.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью:

Рассмотрим два режима сети:

а) Нормальный режим работы (сопротивление изоляции имеют большое (нормированное) значение.

Рисунок 9.5. Однофазное включение в 3 х фазную сеть

с изолированной нейтралью

При равенстве сопротивлений изоляцииR из1 =R из2 =R из3 , величина тока через тело человека определяется выражением

В таких сетях опасность для человека, прикоснувшегося к проводу, при нормальном состоянии сети, зависит от сопротивления изоляции. Чем оно больше, тем меньше опасность. Поэтому, очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей.

Согласно ПЭУ сопротивление изоляции проводов относительно земли в установках до 1000В не должно быть менее 500к.

б) При аварийном режиме - замыкание одной из фаз на землю через малое сопротивление замыкания - R зм.(рисунок 9.6.)

Рисунок 9.6 Аварийный режим в сети

Обычно R зм лежит в пределах от 50 до 200Ом.

Ток через тело человека, как и в нормальном режиме будет протекать и через сопротивления изоляции проводов относительно земли, но его величина будет значительно меньше, чем ток, протекающий через малое сопротивление замыкания. Поэтому величиной тока, протекающего через сопротивление изоляции, можно пренебречь и считать, что ток протекает только через сопротивление замыкания и тело человека.

Это очень опасно.

9.1.2.3. Трехфазная трехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью:

Глухозаземленной называется нейтраль трансформатора или генератора присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, трансформатор тока).

а) Нормальный режим работы

Рисунок 9.7.

Сопротивление заземления нейтрали R о нормируется в зависимости от максимального напряжения сети.

При U л =660В, R о =2Ом, при U л =380В, R о =4Ом, при U л =220В, R о =8Ом

Током, протекающим через тело человека и сопротивлением изоляции проводов можно пренебречь, по сравнению с током, протекающим через тело человека и малое сопротивление заземления нейтрали. Величина этого тока определяется из выражения:

Из выражения видно, что в сети с глухозаземленной нейтралью в период нормальной работы сети прикосновение к одному из проводов более опасно, чем прикосновение к проводу нормально работающей сети с изолированной нетралью.

б) При аварийном режиме работы - когда одна из фаз сети замкнута на землю через малое сопротивление R зм (рисунок 9.8.).

Рисунок 9.8.

Если провести анализ этого случая, то можно сделать следующие выводы:

2. Если принять R о равным 0, то человек окажется под фазным напряжением.

В реальных условиях R зм и R о всегда больше нуля, следовательно, человек, касаясь провода в аварийном режиме сети, попадает под напряжение меньше линейного, но больше фазного.

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.

Случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, качества изоляции токоведущих частей от земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть различными. Однако наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя проводами и между одним проводом и землей (рисунок 13.5). Разумеется, во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей.

Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным включением, а вторую - однофазным.

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, поэтому через тело человека пойдет больший ток (А):

I h = 1,73U ф /R h = U л /R h , 7)

где U л - линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети, равное , В; U ф - фазное напряжение, т. е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока (трансформатора, генератора) или между фазным и нулевым проводами, В.

Нетрудно представить, что двухфазное включение является одинаково опасным в сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралями. При двухфазном включении опасность поражения не уменьшится и в том случае, если человек надежно изолирован от земли, т. е. если он имеет на ногах диэлектрические галоши или боты, либо стоит на изолирующем полу или на диэлектрическом коврике.

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.

Втрехфазной трехпроводной сети с изолированнойнейтралью силу тока (А), проходящего через тело человека, при прикосновении к одной из фаз сети в период ее нормальной работы (рисунок 6) определяют следующим выражением:

где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли, Ом, Z = r/(l + jwCr), r и С - соответственно сопротивление изоляции провода (Ом) и емкость провода (Ф) относительно земли (приняты для упрощения одинаковыми для всех проводов сети).

Ток в действительной форме составит, А:

. (9)

Если емкость проводов относительно земли мала, т. е. С » 0, что обычно имеет место в воздушных сетях небольшой протяженности,то уравнение (15) примет вид

Если же емкость велика, а проводимость изоляции незначительна, т. е. r » ¥, что обычно имеет место в кабельных сетях, то согласно выражению (5) сила тока (А), проходящего через тело человека, будет равна

, (11)

где х с - емкостное сопротивление, равное 1/wС, Ом; w - угловая частота, рад/с.

Из выражения (6) следует, что в сетях с изолированной нейтралью, обладающих незначительной емкостью между проводами и землей, опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается, поэтому очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей. Однако в сетях с большой емкостью относительно земли роль изоляции проводов в обеспечении безопасности прикосновения утрачивается, что видно из уравнений (5) и (7).

Втрехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и ёмкостная 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 нормальном режиме работы ее r и сила тока I h , проходящего через тело человека, будет (рисунок 7) равна:

I h = U ф /(R h + r 0), (12)

где r 0 - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Как правило, r 0 £ 10 Ом, сопротивление же тела человека R h не опускается ниже нескольких сотен Ом×м. Следовательно, без большой ошибки в уравнении (8) можно пренебречь значением r 0 и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением U ф, а ток, проходящий через него, равен частному от деления U ф на R h . Отсюда следует, что прикосновение к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изолированной нейтралью (см. уравнения (6) и (8)).