Умови ураження людини електричним струмом

Аналіз небезпеки електроустановок зводиться до визначення значення струму, котрий протікає через тіло людини при різних можливих варіантах потрапляння її під напругу внаслідок дотику до струмоведучих частин електричних мереж, неструмоведучих частин електроустановок, котрі опинились під напругою при пошкодженні ізоляції, або внаслідок опинення під напругою кроку, а також до оцінки впливу різних чинників та параметрів мережі на небезпеку ураження.

Електричні мережі бувають постійного та змінного струмів. Мережі змінного струму бувають однофазові та багатофазові. Найбільш поширені — трифазові мережі змінного струму. За режимом нейтралі трансформатора або генератора трифазові мережі можуть бути з ізольованою або глухозаземленою нейтраллю. Ізольованою називають нейтраль, ізольовану від заземлювального пристрою або приєднану до нього через апарати з великим опором (трансформатори напруги, компенсаційні котушки). Глухозаземленою називають нейтраль, приєднану до заземлювалюного пристрою безпосередньо або через апарати з малим опором (трансформатори струму).

Небезпека мереж однофазового струму. Однофазові мережі та мережі постійного струму можуть бути ізольованими від землі, мати заземлений полюс або середню точку.

При однополюсному дотику до провідника (рис. 3.11) людина виявляється під'єднаною до другого провідника через опір розтіканню струму.

З огляду на те, що однофазові мережі змінного струму мають невелику протяжність, ємністю провідників відносно землі можна знехтувати, а для мереж постійного струму ємність не враховується, оскільки струм розтікання через ємність рівняється нулю. З метою спрощення можна вважати, що струми розтікання обох провідників однакові, тобто

г,=г₂=г (3.2)

Значення сили струму, що протікає через людину, отримане з еквівалентної схеми:

^1л=тЛн;> <³-³>

де (і — напруга, В;

К_л — опір тіла людини, Ом; г — струми розтікання провідників.

/ /		/ / / 4	/ / /

ї

г2

\ ' N

Рис. 3.11. Схема дотику до провода ізольованої мережі

Дотик людини до незаземленого провідника мережі з заземленим полюсом (рис.3.12) зумовлює протікання струму через тіло людини

V

(3.5)

(3.4)

/„ =

К_л + Н₀

де К₀ — опір заземлення полюса, Ом. Однак, враховуючи, що К₀«К_Л, вважаємо, що

і -Л.

^л Е_п

'4

/ / /

= Кп

Рис. 3.12. Схема дотику до незаземленого провода мережі з заземленим полюсом

Дотик до справного провідника при замиканні іншого провідника на землю (рис.3.13). Цей дотик зумовлює струм через тіло людини

(3.6)

V

І_л =

^п + К„ '

де Н_к — опір короткого замикання, Ом.

А.

------------ 7—7—?--- / / 7------- 7—7—7

Рис. 3.13. Схема дотику до провода несправної мережі

При дотику до одного з проводів мережі з заземленою середньою точкою (рис. 3.14). Людина опиняється під напругою, котра складає половину напруги мережі:

и

(3.7)

^Іл~ 2(К_{л +} К₃)>

де і?, — опір заземлення середньої точки, Ом.

І

Рис. 3.14. Схема дотику до провода мережі з заземленою середньою точкою

Двополюсний дотик (рис. 3.15). Людина опиняється під напругою мережі. Сила струму в цьому випадку визначається за формулою:

Іп =

Еп

и

(3.8)

Аналіз наведених вище формул свідчить, що найбільш небезпечним є двополосний дотик за будь-якого режиму нейтралі відносно землі, оскільки в цьому випадку струм, котрий протікає через тіло людини, визначається лише опором її тіла. Найменш небезпечним є дотик до провідника ізольованої мережі за нормального режиму роботи.

------------------------ 7~7—7 ~""- 7—7—7

Рис. 3.15. Схема дотику до двох проводів мережі

Небезпека трифазових електричних мереж з ізольованою нейтраллю. Провідники електричних мереж відносно землі мають ємність та активний опір — опір розтікання, рівний опору ізоляції та шляху струму на землю (рис.3.16). Загалом ці ємності та опори розтікання різні. З метою спрощення аналізу припускаємо, що вони рівні, тобто С =С=С =С та г =г=г =г.

а Ь с а Ь с

(3.9)

де Ц

(3.10)

Дотик людини до одного з фазових проводів (однофазовий дотик) справної мережі. При такому дотику провідність цього провідника • відносно землі зменшується і відбувається зміщення нейтралі, тобто перекос фаз (рис.3.16). Струм, що проходить через тіло людини, виражається залежністю:

Іп =

З К_л + 2.

_ф фазова напруга мережі, В; 7. — комплексний опір фазового провідника відносно землі;

2 =

1 + }согС'

де ш=2л/ — кутова частота мережі; / — частота струму.

-7—7—?------- 7—7—7

±са_1_сь_іс(

7—7-

■7—Г

■ с ' в ' А

Рис. 3.16. Схема дотику до однієї фази справної мережі

У випадку коротких електричних мереж (при малих ємностях фазових проводів відносно землі 0=0) вираз для значення сили струму через людину запишеться так:

, З Ц_Ф ^л ЗН„+г

При двофазовому дотику (рис. 3.17) людина потрапляє під лінійну напругу, і струм через людину визначається за виразом:

(3.12)

де і) — лінійна напруга мережі: І] = л[зі1

-С

-В -А

---------- У / ------------- / / / ~---------------- 7—7—?--

Рис. 3.17. Схема дотику до двох фаз справної мережі

(3.13)

В аварійному режимі роботи мережі за умови замикання однієї з фаз на землю (рис. 3.18) струм, котрий проходить через людину, доторкнувшись до справної фази, виразиться залежністю:

/

^л Я_{п +} К„

л ^т "к

де Н_к — опір короткого замикання, Ом.

(3.11)

І

Якщо перехідним опором Н_к в місці замикання на землю можна знехтувати порівняно з опором ланки людини, то

(3.14)

І =

^л к_л

де и_л = д/зи_ф-

■с в А

к

X-7—7-

■7—7—7-

У^Ґ^Г У^Г^Ґ

К,

Рис. 3.18. Схема дотику до справної фази несправної мережі

Таким чином, при, дотику до одного з фазових проводів мережі з ізольованою нейтраллю в нормальному режимі струм через людину залежить від опору втрати та ємності мережі відносно землі. Замикання однієї з фаз на землю значно підвищує небезпеку однофазового дотику, оскільки в цьому випадку людина опиняється під напругою, близькою до лінійної. Найнебезпечнішим є дво- фазовий дотик.

Небезпека трифазових електричних мереж з глухо­заземленою нейтраллю. Трифазові електричні мережі з глухозаземленою нейтраллю мають малий опір між нейтраллю та землею. Напруга будь-якої фази справної мережі відносно землі дорівнює фазовій напрузі. Струм через людину при однофазовому дотику (рис. 3.19) визначається за виразом:

де К₀ — опір робочого заземлення нейтралі.

Опором робочого заземлення нейтралі (Н₀«Ю Ом) можна знехтувати порівняно з опором ланки людини, тому

(3.16)

-с -в

-А -О

Рис. 3.19. Схема дотику до однієї фази справної мережі

При двофазовому дотику (рис. 3.20) людина опиняється під лінійною напругою, як і в мережах з ізольованою нейтраллю, і струм через людину визначається за виразом:

я.

=■ "о

(3.18)

а_п,„

(3.17)

ллл
ЛЛЛ
	Iі"
/> / / /	/ /	/ / /

Рис. 3.20. Схема дотику до двох фаз справної мережі

В аварійному режимі, коли одна з фаз мережі замкнена на землю, відбувається перерозподіл напруги, і напруга справних фаз відносно землі відрізняється від фазової напруги мережі. Доторкнувшись до справної фази, людина опиняється під напругою 1)'_л, котра більша, ніж фазова, але менша, ніж лінійна (рис. 3.21), і струм, що проходить через тіло людини:

/ 41 ^{л =} к_л

Таким чином, дотик до справної фази при замиканні другої фази на землю небезпечніший, ніж дотик до фази в нормальному режимі роботи трифазової мережі з глухозаземленою нейтраллю, а найбільш небезпечним є двофазовий дотик.

Рис. 3.21. Схема дотику до справної фази несправної мережі

Аналіз різних випадків дотику людини до проводів трифазових електричних мереж показує наступне:

— найменш небезпечним є однофазовий дотик до провода справної мережі з ізольованою нейтраллю;

— при замиканні одній'з фаз на землю небезпека однофазового дотику до справної фази більша, ніж в справній мережі за будь-якого режиму нейтралі;

— найбільш небезпечним є двофазовий дотик за будь-якого режиму нейтралі.

Напруга дотику — це напруга між двома точками ланки струму, котрих одночасно торкається людина. Чисельно вона дорівнює різниці потенціалів корпуса ср_к та точок грунту, в котрих знаходяться ноги людини ср_н (рис. 3.22), тобто

(3.19)

дот = <Рк - <Рн -

(3.20)

1^(1 1 \_І₃рХ-Х₃

а

2л\Х₃ X) 2 я X

або

^и_Дог - и₃<*

Величину а називають коефіцієнтом напруги дотику. В межах зони розтікання струму а<1, а за межами цієї зони а=1.

Напруга дотику зростає зі збільшенням відчалі від заземлювача, і за межами зони розтікання струму вона дорівнює напрузі на корпусі обладнання. Струм, що протікає через людину:

(3.21)

X

Рис. 3.22. Напруга дотику при одинарному заземлювачі: І — потенційна крива; П — крива, що характеризує зміну напруги дотику 1-!пр при зміні відстані від заземлювача х

Крокова напруга — це напруга між двома точками ланки струму, котрі знаходяться одна від одної на віддалі кроку і на котрих одночасно стоїть людина. Чисельно крокова напруга дорівнює різниці потенціалів точок, на котрих знаходяться ноги людини (рис. 3.23).

При розташуванні однієї ноги людини на віддалі х від заземлювача та ширині кроку а (в практичних розрахунках а=0,8 м)

І3Р(1 1

1зР а

2 л їх х + а

<Рі ~ <Рг =

або

(3.22)

(3.23)

(3.24)

де р — коефіцієнт крокової напруги, котрий залежить від виду заземлювачів, відстані від заземлювача та ширини кроку (чим ближче до заземлювача і чим ширший крок, тим більша величина р);

й - ^охз

Рис. 3.23. Крокова напруга

Напруга дотику максимальна біля заземлювача і зменшується з віддаленням від заземлювача. Поза межами поля розтікання вона рівна нулю. Крокова напруга також зростає зі збільшенням ширини кроку. Струм, зумовлений кроковою напругою:

(3.26)

Умови ураження людини напругою дотику та кроковою напругою різні, оскільки струм протікає різними шляхами. При напрузі дотику — через грудну клітку, а при кроковій напрузі — по нижній петлі. Значна крокова напруга викликає судоми в ногах, людина падає, потім ланка струму замикається вздовж всього тіла людини.