Задача 3 Определение тяжести поражения электрическим током

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 (напряжение прикосновения).

Опасность такого прикосновения оценивается напряжением прикосновения, а тяжесть последствий - силой тока, проходящего через тело человека, который зависит от ряда факторов: напряжения сети, схемы включения человека в цепь, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от величины емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Согласно современным требованиям [30] сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль источника питания, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока. Общее сопротивление всех повторных заземлителей воздушной линии должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В, при этом сопротивление каждого из повторных заземлителей должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. Кроме того, при удельном электрическом сопротивлении грунта более 100 Ом∙м допускается увеличение указанных выше значений R₀ и R_п в отношении ρ/100, но не более чем в 10 раз.

Исходные данные. Человек случайно прикоснулся к электрической колодке (колодка не закрыта съемной крышкой), через которую подается напряжение на электрический двигатель. Двигатель питается от трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, сопротивление заземления нейтрали R_o = 4Ом, линейное напряжение U_л=380В, сопротивление исправной изоляции равно 0,5 Мом, сопротивление изоляции ухудшенного качества–15 кОм. Принять сопротивление кожи поверхности тела человека 1000 Ом, сопротивление внутренних тканей организма 600 Ом, сопротивление обуви 200 Ом, сопротивление пола на площади, равной поверхности ступней ног 125 Ом.

Определить (исходные данные к решению задачи - в таблице 5):

1 Электрическое сопротивление тела человека.

2 Ток, проходящий через человека:

а) при случайном касании оголенного фазного зажима,

б) при замыкании человеком двух зажимов,

в) при прикосновении к проводу с исправной изоляцией,

г) при прикосновении к проводу с ухудшенной изоляцией.

Перечисленные варианты прикосновения могут привести к производственному электротравматизму.

Таблица 5– Исходные данные к решению задачи №3

№ варианта

Сопротивление изоляции ухудшенного качества, кОм

Сопротивление кожи поверхности тела человека, Ом

Сопротивление внутренних тканей организма, Ом

Сопротивление обуви, Ом

Сопротивление пола на площади, равной поверхности ступней ног, Ом

				Продолжение таблицы 5 200

Решение

1 Найдем общее сопротивление человека при протекании тока по контуру рука-нога. Схема замещения сопротивления тела человека для случая протекания тока по контуру рука – нога показана на рисунке 3.

а) б)

Rp – сопротивление кожи на руке в месте контакта; Rk – сопротивление кожи поверхности тела; Rвн – сопротивление внутренних тканей организма; Rоб – сопротивление обуви; Rп – сопротивление пола на площади, равной поверхности ступней ног. Рисунок 3 – Схемы прикосновения (а) и замещения сопротивления человека (б)

Величины этих сопротивлений изменяются в широких пределах. Например, R_k, R_p сильно зависят от влажности: R_p составляет 200 – 300 Ом, если кожа влажная (при решении задач R_p принимать = 300 Ом), и десятки тысяч Ом при сухом состоянии кожи.

Сопротивление внутренних тканей организма составляет 500 - 1000 Ом.

Сопротивление параллельной цепочки R_k , R_вн равно:

(19)

.

Сопротивление пола зависит от его материала, влажности, наличия загрязнений. Так, сопротивление бетонного пола R_п на площади, равной поверхности ступней ног, составляет: сухого – 2 Мом, сырого – 200 Ом, покрытого водой со щелочью – 10 Ом.

Сопротивление обуви зависит от ее вида (резиновая, кожаная, кожимитовая), влажности и приложенного напряжения. Ориентировочно можно считать, что сопротивление сухой обуви R_об лежит в пределах от 100 до 500 Ом, сырой—от 0,5 до 1,5 Ом.

При указанных величинах сопротивлений наименьшая величина общего сопротивления человека составит:

Рука-нога-пол: .

(20)

(19)

Рука-рука: .

Однако в реальных условиях сопротивление может быть и меньшей величины. Правда, при благоприятном стечении обстоятельств сопротивление человека может достигнуть величины 40000—100000 Ом.

1 При случайном касании оголенного фазного зажима человек попадает под фазное напряжение U_ф, и сила тока I_ч, проходящего через него, равна:

,

где U_ф - фазное напряжение, U_ф = 220 В, R_ч – сопротивление тела человека в цепи: рука – нога - пол, R_ч =1000 Ом.

Ток такой величины безопасен, если время его протекания через человека не более 0,2 с (такую быстроту отключения может обеспечить автоматическая защита). При длительном воздействии такой ток смертелен. Самостоятельное освобождение от воздействия такого тока исключено.

2 При замыкании двух зажимов человек попадает под линейное напряжение U_л, и сила тока I_ч, проходящего через человека, составит:

(22)

(21)

где U_ф - фазное напряжение, U_ф = 220 В, R_ч – сопротивление тела человека в цепи: рука – рука, R_ч = 975 Ом.

Ток такой величины представляет смертельную опасность.

3 При прикосновении к проводу с исправной изоляцией сила тока I_ч, проходящего через человека, составит:

где U_ф - фазное напряжение, U_ф = 220 В, R_ч – сопротивление тела человека в цепи: рука – нога - пол, R_ч =1000 Ом, R_из – сопротивление изоляции провода R_из = 500000 Ом.

По данным таблицы А.6 приложения А, переменный ток менее 0,0005 А человеком не ощущается.

4 При прикосновении к проводу с ухудшенной изоляцией:

(23)

.

Переменный ток такой величины представляет безусловную опасность (10 мА - неотпускающий ток) тем более, что с течением времени сопротивление человека уменьшается и опасность смертельного поражения возрастает [9].