Анализ условий поражения электрическим током.
Поражение человека током в результате электрического удара происходит при замыкании электрической цепи через тело человека, т.е. при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цени, между которыми существует некоторое напряжение.
Напряжение между двумя точками пели тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения.
Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением силы тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от схемы замыкания цепи тока через тело человека, напряжения цепи, схемы самой сети, режима ее нейтрали (т.е. заземлена или изолирована нейтраль), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от емкости токоведущих частей относительно земли н т.п.
Наиболее типичными являются два вида замыкания цепи тока через тело человека: а) когда человек касается одновременно двух проводов и б) когда он касается тишь одного провода. Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей, Это бывает некачественной изоляции проводов относительно земли, замыкании провода на землю в результате какой-либо неисправности и т.д.
Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением, а вторую- однофазным.
Двухфазное прикосновение более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение- линейное, и поэтому через человека проходит больший ток. Его силу определяют по формуле
Ih=Ui/Rh h=(√3 Uφ)/Rh
Ui - линейное напряжение, В; Uφ -фазное напряжение. В; Rh — сопротивление тела человека, Ом.
В сети с линейным напряжением (Ui 380В (Uφ=220 В) при сопротивлении тела человека, равном Rh=1000 Ом, через человека проход, сила тока которая равна
Ih=(1,73*220)/1000=380/1000=0,38 А
Эта сила тока для человека смертельна.
При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Опасность прикосновения сохраняется и в том случае, когда человек надежно изолирован от земли.
Однофазное прикосновение встречается намного чаше, чем двухфазное, но оно менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, меньше линейного в 1,73 раза. Соответственно меньшей оказывается и сила тока, проходящего через человека. Кроме того, на величину тока большое влияние оказывают режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.
В сети с заземленной нейтралью цепь тока, проходящего через человека, включает в себя кроме сопротивления его обуви, сопротивление пола, на котором он стоит, а также сопротивление заземления нейтрали источника тока. И все эти сопротивления включены последовательно.
Силу тока, проходящего через человека, определяют по формуле
Ih=Uφ/(Rh+Rоб+Rп+Rо)
где Uφ — фазовое напряжение сети, В; Rоб - сопротивление обуви, Ом; Rп — сопротивление пола, Ом; Rо- сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
В наиболее неблагоприятном случае, когда, например, токоведущая обувь сырая или она подбита металлическими гвоздями, и человек стоит на сырой земле или на металлическом полу (т.е. Rоб=0, Rп=0, а Rо< 10 Ом), сила тока, проходящего через челове-ка, будет равна
Ih=Uφ/Rh=220/1000=0,22А=220мА
Хотя при однофазном включении сила тока, проходящего через человека, в 1,73 раза меньше, чем при двухфазном прикосно-вении, все же при этих условиях однофазное включение весьма опасно, так как ток, идущий через человека, равен 220 мА, что смертельно опасно.
Если обувь нетокопроводяшая (например, резиновые галоши, Rоб= 45 кОм) и человек стоит на изолирующем основании- деревянном полу (Rп = 100 кОм), сила тока составит
Ih=220/(1000+45000+100000)=0,0015А=1,5мА
Такая сила тока не опасна для человека. Отсюда видно, какое исключительное значение имеет для безопасности работающих на электроустановках не проводящая ток обувь, и в особенности изолирующий пол.
В сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.
В этом случае силу тока, проходящего через человека, определяют по формуле
Ih=Uφ/(Rh+Rоб+Rп+Rиз/3)
где Rиз — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.
При наиболее неблагоприятных условиях, когда человек обут в проводящую ток обувь и стоит на токопроводящем полу (Rоб=0 и Rп=0), сила тока, проходящего через человека, выразится как
Ih=Uφ/(Rh+Rиз/3)
Если Uφ =220В, Rиз =90кОм, сила тока через человека будет равна
Ih = 220/(1000 + 30000) =0,007 А= 7 мА,
т.е. в сети с изолированной нейтралью условия безопасности зависят от сопротивления изоляции проводов относительно земли.
Если учесть Rоб= I 45 кОм и Rп=100 кОм, то
Ih= 220/(1000 + 45 000 + 100000 130000) = 0,00125 А =1,25 мА.
Таким образом, при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем к сети с заземленной нейтралью.
Это справедливо при нормальных (безаварийных) условиях работы сетей.
В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, так как напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти от фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью напряжение повышается незначительно.
Выбор схемы сети, а, следовательно, и режима нейтрали источника тока, определяется технологическими требованиями и условиями безопасности.
Правилами устройства электроустановок предусмотрено применение при напряжении до 1000 В двух схем трехфазных сетей: трехпроводной с изолированной нейтралью и четырехпроводной с заземленной нейтралью.
В соответствии с технологическими требованиями предпочтение отдают четырехпроводной сети, поскольку в ней возможного использование двух рабочих напряжений — линейного и фазного.
При нормальном режиме работы сети более безопасна, как правило, сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период — сеть с заземленной нейтралью.
Перечислим основные причины поражения человека электрическим током.
1.Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением, в результате ошибочных действий при проведении работ, неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей и т.д.
2.Появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования вследствие повреждения изоляции токоведущих частей, замыкания фазы сети на землю, падения провода (находящегося под напряжением) на конструктивные части электрооборудования и т.п.
3.Появление напряжения на отключенных токоведущих частях из-за ошибочного включения отключенной установки, замыкания между отключенными и находящимися под напряжением то-коведущими частями, разряда молнии в электроустановку и т.д.
4.Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек, в результате замыкания фазы на землю, выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами), неисправностей в устрой-стве защитного заземления и др.
Напряжением шага (шаговым напряжением) называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека.
Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, так как сечение проводника (почвы) увеличивается пропорционально квадрату радиуса, и на расстоянии, примерно равном 20 м, может быть принято равным нулю.
Поражение при шаговом напряжении усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног человек может упасть, после чего цепь тока замкнется на теле через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к телу.