Анализ опасности поражения электрическим током в зависимости от схем включения человека в сеть

Все случаи поражения человека током в результате электрического удара — следствие прикосновения не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми существует разность потенциалов. Опасность такого прикосновения во многом зависит от особенностей электрической сети и схемы включения в нее человека. Определив силу тока /ч, проходящего через человека с учетом этих факторов, можно выбрать соответствующие защитные меры для снижения опасности поражения.

Двухфазное включение человека в цепь тока(рис. 8.1, а). Оно происходит довольно редко, но более опасно по сравнению с однофазным, так как к телу прикладывается наибольшее в данной сети напряжение — линейное, а сила тока, А, проходящего через человека, не зависит от схемы сети, режима ее нейтрали и других факторов, т. е.

I = U_л/R_ч = √ 3U_ф/R_ч,

где U_л и U_ф —линейное и фазное напряжение, В; R_ч — сопротивление тела человека, Ом (согласно Правилам устройства электроустановок в расчетах R_ч принимают равным 1000 Ом).

Случаи двухфазного прикосновения могут произойти при работе с электрооборудованием без снятия напряжения, например, при замене сгоревшего предохранителя на вводе в здание, применении диэлектрических перчаток с разрывами резины, присоединении кабеля к незащищенным зажимам сварочного трансформатора и т. п.

Однофазное включение.На ток, проходящий через человека, влияют различные факторы, что снижает опасность поражения по сравнению с двухфазным прикосновением.

Рис. 8.1. Схемы возможного включения человека в сеть трехфазного тока:
а — двухфазное прикосновение; б— однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью; в — однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью

В однофазной двухпроводной сети, изолированной от земли, силу тока, А, проходящего через человека, при равенстве сопротивления изоляции проводов относительно земли r₁ = r₂ = r, определяют по формуле

I_ч = U/(2R_ч + r),

где U— напряжение сети, В; r — сопротивление изоляции, Ом.

В трехпроводной сети с изолированной нейтралью при r₁ = r₂ = r₃ = rток пойдет от места контакта через тело человека, обувь, пол и несовершенную изоляцию к другим фазам (рис. 8.1, б). Тогда

I_ч = U_ф/(R_o + r/3),

где R_о — общее сопротивление, Ом; R_O = R_ч + R_оп + R_п; R_об — сопротивление обуви, см: для резиновой обуви R_об ≥ 50 000 Ом; R_n — сопротивление пола, Ом: для сухого деревянного пола, R_п = 60 000 Ом; г — сопротивление изоляции проводов, Ом (согласно ПУЭ должно быть не менее 0,5 МОм на фазу участка сети напряжением до 1000 В).

В трехфазных четырехпроводных сетях ток пойдет через человека, его обувь, пол, заземление нейтрали источника и нулевой провод (рис. 8.1, в). Сила тока, А, проходящего через человека,

I_ч=U_ф(R_о + R_н),

где R_H — сопротивление заземления нейтрали, Ом. Пренебрегая сопротивлением R_H, получим:

I_ч≈U_Ф/R₀.

На предприятиях сельского хозяйства в основном применяют четырехпроводные электрические сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Их преимущество состоит в том, что посредством их можно получить два рабочих напряжения: линейное U_л = 380 В и фазное U_ф = 220 В. К таким сетям не предъявляют высоких требований к качеству изоляции проводов и их применяют при большой разветвленности сети. Несколько реже используют трехпроводную сеть с изолированной нейтралью при напряжении до 1000В —более безопасную, если сопротивление изоляции проводов поддерживается на высоком уровне.

Напряжение прикосновения.Оно возникает в результате касания находящихся под напряжением электроустановок или металлических частей оборудования.

Если электрический ток течет через стержневой заземлитель, погруженный в землю так, что его верхний конец расположен на уровне земли, то напряжение прикосновения, В,

где I₃ — сила тока замыкания на землю, А; ρ — удельное сопротивление основания (грунта, пола и т. д.), на котором находится человек, Ом*м; l и d — длина и диаметр заземлителя, м; х — расстояние от человека до центра заземлителя, м; а — коэффициент напряжения прикосновения.

Тогда

α = R_ч/(R_ч + R_об + R_n) = R_ч/R_о.

Пренебрегая сопротивлением обуви (когда она мокрая или при ее отсутствии), можно записать для следующих случаев:

ступни ног удалены одна относительно другой на расстоянии шага

α=1/(1 + 1,5ρ/R_ч);

ступни ног находятся рядом

α=1/(1 + 2ρ/R_ч).

Шаговое напряжение.Это напряжение U_ш на теле человека при положении ног в точках поля растекания тока с заземлителя или от упавшего на землю провода, где находятся ступни, когда человек идет в направлении заземлителя (провода) или от него (рис. 8.2).

Если одна нога находится на расстоянии х от центра заземлителя, то другая — на расстоянии х + а, где а — длина шага. Обычно в расчетах принимают а = 0,8 м.

Максимальное напряжение в этом случае возникает в точке замыкания тока на землю, а по мере удаления от нее оно снижается по закону гиперболы. Считают, что на расстоянии 20 м от места замыкания потенциал земли равен нулю.

Шаговое напряжение, В,

U_ш =

Iзρa

2πx(x+a)

.

Даже при небольшом шаговом напряжении (50...80 В) может возникнуть непроизвольное судорожное сокращение мышц ног и,

Рис. 8.2. Схема возникновения шагового напряжения

как следствие этого — падение человека на землю. При этом он одновременно касается земли руками и ногами, расстояние между которыми больше, чем длина шага, поэтому действующее напряжение увеличивается. Кроме того, в таком положении человека образуется новый путь прохождения тока, затрагивающий жизненно важные органы. При этом создается реальная угроза смертельного поражения.

При уменьшении длины шага шаговое напряжение снижается. Поэтому, для того чтобы выбраться из зоны действия шагового напряжения, следует передвигаться прыжками на одной ноге или на двух сомкнутых ногах или как можно более короткими шагами (в последнем случае допустимым считают напряжение не более 40 В).