Условия попадания человека под действие электрического тока

Поражение человека электрическим током может быть при одновременном касании двух точек электрической части электроустановки, между которыми существует напряжение, и при этом образуется замкнутая электрическая цепь, через его тело проходит ток. Опасность такого прикосновения оценивается значением тока, проходящего через человека, или напряжением прикосновения. Наиболее характерными схемами включения человека в электрическую цепь являются: между двумя фазами - двухфазное прикосновение и между одной фазой и землей – однофазное прикосновение.

Двухфазное прикосновение при прочих равных условиях,более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное. Но случаи двухфазного прикосновения происходят очень редко (обычно в установках до 1000 В).

Однофазное прикосновение происходит значительно чаще, но является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. На значение тока, проходящего через человека, а, следовательно, и на степень поражения при однофазном прикосновении, влияют также режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции и ёмкость проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

Рассмотрим случаи однофазного прикосновения применительно к сетям трехфазного тока напряжением до 1000 В: трехпроводной с изолированной нейтралью и четырехпроводной с глухозаземленной нейтралью - в период их нормальной работы.

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтральюсилу тока (А), проходящего через тело человека, при прикосновении его к одной из фаз сети, например, к фазному проводнику L1, в период ее нормальной работы (рис. 14.2) определяют следующим выражением в комплексной форме

, (14.1)

где Z - комплекс полного сопротивления фазного провода относительно земли, Ом; Z=r/(1+јωСr); r и C – соответственно сопротивление изоляции провода (Ом) и ёмкость провода (Ф) относительно земли (приняты для упрощения одинаковыми для всех проводов сети: r₁ =r ₂=r₃ =r, С₁=С₂=С₃=С); w =2pf – угловая частота, рад/с; f – частота, Гц;

R_h – сопротивление тела человека (принимается при расчетах равным 1000 Ом).

Рис. 14.2. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети

с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы.

Из выражения (14.1) видно, что ток, протекающий через человека, зависит как от R_h, так и от Z.

Ток в действительной форме составит (А)

. (14.2)

Если ёмкость проводов относительно земли мала, т.е. С приблизительно равно нулю, что обычно имеет место в коротких воздушных сетях, то уравнение (14.2) примет вид:

. (14.3)

Активное сопротивление изоляции фаз относительно земли превышает на два порядка и более сопротивление тела человека. В этом случае ток, протекающий через человека, определяется только активным сопротивлением изоляции r и равен однофазному току замыкания на землю I_з

. (14.4)

При U_ф = 220 В, r = 500 кОм,

Через человека протекает ощутимый ток. Это с точки зрения электробезопасности наиболее благоприятный случай, и вероятность поражения человека током наименьшая.

Если же ёмкость велика, а проводимость изоляции незначительна, т.e. r бесконечно велико,что обычно имеет место в кабельных сетях, то полное сопротивление фазы относительно земли будет равно емкостному сопротивлению , а сила тока, проходящего через тело человека,

. (14.5)

Величина тока, протекающего через человека, будет зависеть в основном от емкостного сопротивления фаз относительно земли. Например, человек прикоснулся к фазе кабельной линии с линейным напряжением 380 В, имеющей длину 1 км, сечение жилы кабеля 25 мм², емкость фазы относительно земли С = 0,2 мкФ. По выражению (14.5)

,

.

Ток, равный 45 мА, является неотпускающим током и, безусловно, опасен для жизни.

Анализ выражений (14.1) – (14.5) показывает, что в сети с изолированной нейтралью в период eе нормальной работы опасность поражения током зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли: с увеличением сопротивления r 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 ёмкостью относительно земли роль изоляции проводов в обеспечении безопасности прикосновения утрачивается, что видно из уравнений (14.2) и (14.5).

В трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью проводимость изоляции и ёмкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали источника питания, поэтому при определении силы тока, проходящего через тело человека, касающегося фазного провода сети, ими можно пренебречь.

Рис. 14.3. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной

четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме работы.

При нормальном режиме работы сети сила тока (А), проходящего через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводу (рис. 14.3), не зависит от сопротивления изоляции и будет

, (14.6)

где R₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

Согласно требованиям ПУЭ, сопротивление заземления нейтрали источника тока R₀ = 2 Ома при U=660/380 В, 4 Ома при U=380/220 В, 8 Ом при U=220/127 В. Сопротивление же тела человека R_h не опускается ниже нескольких сотен Ом. Поскольку R_h >> R₀, то значением R₀ можно пренебречь и уравнение (14.6) без большой ошибки может быть представлено в виде:

. (14.7)

Следовательно, при однофазном прикосновении в сети с глухозаземленной нейтралью в период ее нормальной работы человек попадает под фазное напряжение и через него протекает ток, определяемый только сопротивлением тела человека. Для уменьшения тока, протекающего через человека, прикоснувшегося к фазному проводу в сети с глухозаземленной нейтралью, необходимо увеличить сопротивление в цепи протекания тока через человека R_ч, за счет дополнительных сопротивлений одежды, обуви, опорной поверхности ног (пола или грунта) и др.

Таким образом, при нормальном режиме прикосновение человека к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью всегда менее опасно, чем в четырехпроводной сети с заземленной нейтралью. В первом случае ток, протекающий через человека, определяется сопротивлением тела человека R_h и сопротивлением сети Z , которое на один, два порядка больше, чем R_h (14.1). Во втором случае человек попадает под фазное напряжение и ток, проходящий через него, зависит только от R_h (14.7)или R_ч. Исходя из этих положений и технологических соображений, выбирают режим нейтрали трехфазных сетей. В сетях выше 1000В и до 35 кВ, как правило, применяют изолированную, а выше 35 кВ – глухозаземленную нейтраль. Сети напряжением до 1000 В выполняются четырех или пятипроводными с глухим заземлением нейтрали. Исключение составляют шахтные сети, сети карьеров и торфоразработок.