Включение человека в электрическую сеть. Опасность поражения током в различных электрических сетях Включение человека в электрическую сеть
II. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
3. Анализ электробезопасности различных электрических сетей
Исход поражения человека электрическим током, определяемый током, протекающим через тело человека I h и напряжением прикосновения U h , существенно зависит от типа сети, питающей потребители электроэнергии и ее параметров, в том числе:
- напряжения и частоты сети;
- режима нейтрали сети;
- схемы включения человека в электрическую цепь;
- сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли;
- емкости фазных проводов сети относительно земли;
- режима работы сети.
Типовые схемы включения человека в электрическую цепь
Существуют различные “схемы включения” человека в электрическую цепь тока (типовые “схемы включения” показаны на рис.3.5. на примере сети IT):
Рис. 3.5. Типовые схемы включения человека в электрическую цепь
(3.1.)
Из выражений (3.1.) и (
3.2. ) следует, что при двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от типа сети, режима нейтрали, режима работы сети, проводимости фазных проводов Y L1 , Y L2 , Y L3 относительно земли. Такая схема включения человека в электрическую цепь представляет большую опасность.Случаи двухфазного прикосновения происходят сравнительно редко и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1 кВ, что является нарушением правил и инструкций выполнения работ.
Рис. 3.6. Обобщенная схема для анализа трехфазных сетей
(3.3)
(3.4)
Степень опасности и исход поражения электрическим током зависят: от схемы «подключения» человека в электрическую цепь; на электрической сети:
трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью;
трехфазная с изолированной нейтралью.
Нейтральной точкой трансформатора (генератора) называют точку соединения обмоток питающего трансформатора. При нормальном режиме работы электрической сети в этой точке напряжение равно 0. Нейтраль источника питания может быть заземленная и изолированная от земли, это определяет режим ее работы. Заземление нейтрали называют рабочим заземлением R 0 .
Выбор схемы сети и режима нейтрали источника тока осуществляют в зависимости от технологических требований и условий безопасности.
По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети, так как эта сеть характеризуется двумя напряжениями - линейным и фазным (380/220 В). Линейным напряжением 380 В питают силовую нагрузку - включают электродвигатели производственного оборудования между фазными проводами. Фазное напряжение = 220 В используют для осветительной установки - подключают лампы между фазным и нулевым проводами. Линейное напряжение всегда больше фазного в 1,73 раза.
По условиям безопасности сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети, обеспечивающий незначительную емкость проводов относительно земли. Это могут быть малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала.
Однофазное подключение является менее опасным, чем двухфазное, однако оно возникает значительно чаще и является основной причиной электротравматизма. На исход поражения в этом случае оказывает решающее влияние режим нейтрали электросети.
При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью (рис.) последовательно с сопротивлением человека оказываются включенными сопротивления изоляции и емкости относительно земли двух других неповрежденных фаз.
Рис. Однополюсное прикосновение к сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы
При нормальной работе электросети напряжение нейтрали источника питания по отношению к земле равно нулю. Напряжения фаз относительно земли одинаковы и равны фазным напряжениям источника питания.
Сопротивление изоляции проводов никогда не равно бесконечно большой величине, обязательно имеют место токи утечки.
Провода и земля в этом случае являются как бы обкладками конденсатора, между которыми возникает электрическое поле. Чем более протяженная электрическая сеть, тем больше ее емкость.
По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети, так как эта сеть характеризуется двумя напряжениями - линейным и фазным (380/220 В). Линейным напряжением 380 В питают силовую нагрузку - включают электродвигатели производственного оборудования между фазными проводами. Фазное напряжение = 220 В используют для осветительной установки - подключают лампы между фазным и нулевым проводами. Линейное напряжение всегда больше фазного в 1,73 раза.
По условиям безопасности сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети, обеспечивающий незначительную емкость проводов относительно земли. Это могут быть малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала.
Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить высокий уровень изоляции электроустановки или нельзя быстро отыскать и устранить ее повреждение.
В силу специфики и незначительной мощности производства по сравнению с другими предприятиями пищевой промышленности на предприятиях общественного питания могут быть использованы одно- и двухфазные сети с заземленной нейтралью, а при эксплуатации средств малой механизации при погрузочно-разгрузочных работах рекомендуют электрическую сеть с изолированной нейтралью. Степень электробезопасности в таких сетях возрастает за счет большого сопротивления изоляции электропроводов по отношению к земле.
Поражение человека электрическим током может быть вызвано однополюсным (однофазным) или двухполюсным (двухфазным) прикосновением к токоведущей части установки.
С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.
При аварийном режиме работы этой же сети, когда возникает глухое замыкание фазы на землю, напряжение в нейтральной точке может достигать фазного напряжения, напряжение неповрежденных фаз относительно земли становится равным линейному напряжению. В этом случае, если человек прикоснется к одной фазе, он окажется под линейным напряжением, через него пойдет ток по пути «рука - нога». В данной ситуации на исход поражения сопротивление изоляции проводов не играет никакой роли. Такое поражение током чаще всего приводит к летальному исходу.
На предприятиях, где сети разветвленные и имеют значительную протяженность, а следовательно, большую емкость, система с изолированной нейтралью теряет свое преимущество, так как увеличивается ток утечки, снижается сопротивление участка фаза-земля. С точки зрения электробезопасности в таких случаях предпочтение отдается сети с заземленной нейтралью (рис.).
Схема прикосновения человека к одной фазе сети с заземленной нейтралью
Сопротивлением земли, как и в случае электрической сети с изолированной нейтралью, можно пренебречь.
Примеры свидетельствуют о том, что при прочих равных условиях однофазное подключение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейтралью.
Наиболее опасным является двухфазное подключение человека в электрическую сеть, так как он попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от режима нейтрали и условий эксплуатации сети.
Случаи двухфазного прикосновения происходят редко и преимущественно в электроустановках до 1000 В при работах на щитах и сборках, при эксплуатации оборудования с неизолированными токоведущими частями и т. п.
Прохождение тока через человека, является следствием его прикосновения не менее, чем к двум точкам электрической цепи, между которыми есть некоторая разность потенциалов (напряжение).
Опасность такого прикосновения неоднозначна и зависит от ряда факторов:
схемы включения человека в электрическую цепь;
напряжения сети;
схемы самой сети;
режима нейтрали сети;
степени изоляции токоведущих частей от земли;
ёмкости токоведущих частей относительно земли.
Классификация сетей напряжением до 1000 В
Однофазные сети
Однофазные сети разделятся на двухпроводные и однопроводные.
Двухпроводные
Двухпроводные сети делятся на изолированные от земли и с заземлённым проводом.
Изолированные от земли
С заземлённым проводом
Данные сети широко используются в народном хозяйстве, начиная с питания малым напряжением переносного инструмента и заканчивая питанием мощных однофазных потребителей.
Однопроводные
В случае однопроводной сети, роль второго провода выполняет земля, рельс и т.д.
 |
| Однофазная сеть. Однопроводная |
Основное применение данные сети получили в электрифицированном транспорте (электровозы, трамваи, метро и т.д.).
Трёхфазные сети
В зависимости от режима нейтрали источника тока и наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырём схемам.
Нейтральная точка источника тока - точка, напряжения на которой относительно всех фаз одинаковы по абсолютному значению.
Нулевая точка источника тока - заземлённая нейтральная точка.
Проводник,присоединённый к нейтральной точке, называется нейтральным проводником (нейтралью), а к нулевой точке - нулевым проводником.
1. Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
2. Трёхпроводная сесть с заземлённой нейтралью
3. Четырёх проводная сеть с изолированной нейтралью
4. Четырёх проводная сеть с заземлённой нейтралью
При напряжении до 1000В в нашей стране используются схемы «1» и «4».
Схемы включения человека в электрическую цепь
Двухфазное прикосновение - между двумя фазами электрической сети. Как правило, наиболее опасное т.к., имеет место быть линейное напряжение. Однако данные случаи довольно редки.
Однофазное прикосновение - между фазой и землёй. При этом предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй.
Подробнее о схемах включения человека в цепь см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.
Однофазные сети
Изолированная от земли
Нормальный режим
Чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу.
Прикосновение человека к проводу с большим электрическим сопротивлением изоляции более опасно.
Аварийный режим
При замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению линии, независимо от сопротивления изоляции проводов.
С заземлённым проводом
Прикосновение к незаземлённому проводу
В данном случае, человек оказывается практически под полным напряжением сети.
Прикосновение к заземлённому проводу
В нормальных условиях прикосновение к заземлённому проводу практически не опасно.
Прикосновение к заземлённому проводу. Аварийный режим работы
При коротком замыкании напряжение на заземлённом проводе может достигать опасных значений.
Трёхфазные сети
С изолированной нейтралью
Нормальный режим
Опасность прикосновения определяется полным электрическим сопротивлением проводов относительно земли, с увеличением сопротивления, опасность прикосновения уменьшается.
Аварийный режим
Напряжение прикосновения практически равно линейному напряжению сети. Наиболее опасный случай.
С заземлённой нейтралью
Нормальный режим
Человек в данном случае оказывается практически под фазным напряжением сети.
Аварийный режим
Величина напряжения прикосновения лежит между линейным и фазным напряжением, зависит от соотношения между сопротивлением замыкания на землю и сопротивлением заземления .
Меры обеспечения электробезопасности
Исключение контакта человека с токоведущими частями.
Релаизуется посредством расположения токоведущих частей в недосягаемых местах (на высоте, в кабельных каналах, коробах, трубах и т.д.)
Использование малых напряжений (12, 24, 36 В).
Например, для питания ручного инструмента в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током.
Использование двойной изоляции.
Например, выполнение корпуса электроустановки из диэлектрика.
Применение средств индивидуальной защиты.
Перед применением СИЗ необходимо обязательно убедиться в их исправности, целостности, а также проверить сроки предыдущей и последующей поверки инструмента.
Основные защитные средства
обеспечивают непосредственную защиту от поражения электрическим током.
Дополнительные защитные средства
не могут самостоятельно обеспечить безопасность, но могут помочь при использовании основных средств.
Контроль изоляции оборудования и сетей.
- Выходной контроль.
- Плановый.
- Внеочередной и т.д.
Защитное разделение сетей.
Позволяет уменьшить ёмкость линий вблизи потребителей электрической энергии.
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с землёй или её эквивалентом (популярно о заземлении на geektimes.ru).
В сетях до 1000 В защитное заземление применяется в сетях с изолированной
нейтралью.
Принцип действия заключается в уменьшении до безопасного значения напряжения прикосновения.
Когда заземление невозможно, в целях защиты выравнивают потенциал основания на котором стоит человек и оборудования, путём повышения. Например, соединение ремонтной корзины с фазным проводником ЛЭП.
Заземлители делятся на:
a. Искусственные, предназначенные для целей заземления непосредственно.
b. Естественные, находящиеся в земле металлические предметы иного назначения, которые могут быть использованы в качестве заземлителей. Исключения по критерию взырвопожароопасности (газопроводы и т.д.).
Сопротивление заземления должно быть не более нескольких Ом. При этом со временем в результате коррозии сопротивление заземлителя возрастает. Поэтому его величина должна периодически контролироваться (зима/лето).
Защитное зануление - преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с многократно заземлённым нулевым защитным проводником.
Область применения - электроустановки с заземлённой нейтралью с напряжением до 1000В.
Принцип действия - превращение замыкания на корпус оборудования в однофазное короткое замыкание, с последующим отключением оборудования по превышению максимально допустимой силы тока.
Токовая защита реализуется либо с помощью автоматических выключателей, либо плавких предохранителей. Особое внимание необходимо уделить выбору толщины нулевого защитного провода, достаточной для проведения тока короткого замыкания.
Применение УЗО (устройств защитного отключения).
Данный вид защиты срабатывает, когда токи входящий и выходящий в отслеживаемом контуре не совпадают по величине т.е., когда имеет место быть утечка тока. Например, при прикосновении человека к фазному проводу, часть тока уходит мимо основного контура в землю, что и вызывает отключение питания оборудования в контролируемом контуре. Подробнее, .
На степень поражения током влияют: сила тока, напряжение, род тока, путь прохождения тока через организм человека, индивидуальные особенности организма человека, его психологическое состояние, наличие в организме алкоголя и наркотических веществ, параметры микроклимата, время нахождения человека под воздействием электрического тока.
Проходя через организм человека эл ток оказывает 4 вида воздействия:
Термическое действие – проявляющееся в ожогах отдельных частей тела, нагреве до высоких температур кровеносных сосудов, крови, нервов, сердца, мозга, что вызывает серьезное расстройство органов.
Электролитическое действие – разложение органической жидкости (лимфы и крови) с нарушением ее состава.
Механическое действие – (динамическое) расслоение, разрыв тканей организма (мышц сердца, сосудов) в результате электродинамического эффекта; мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой током тканевой жидкости и крови.
Биологическое – проявляется в нарушении протекающих в организме биологических процессов, сопровождающихся раздражением (разрушением) нервных и других тканей и ожогах, прекращению деятельности органов дыхания и кровообращения.
Воздействие электрического тока может привести к местным травмам или общему поражению электрическим током (электроударам).
К местным относятся: эклектические ожоги, металлизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз).
К общим : электрический удар, при котором поражается (или создается угроза поражения) весь организм из-за нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов. Общие травмы сопровождаются возбуждением различных групп мышц тела человека, что может привести к судорогам, параличу органов дыхания сердца, остановке сердца.
35. Факторы, влияющие на тяжесть поражения электрическим током
Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током:
1. Электрические:
Напряжение;
Род тока;
Его частота;
Электрическое сопротивление человека.
2. Неэлектрические:
Индивидуальные особенности человека;
Продолжительность действия тока;
Его путь через человека.
3. Состояние окружающей среды .
4. Электрический ток наименьшей силы , вызывающий раздражающее ощущение человеком, называется пороговым ощутимым током . Это примерно 1,1 МА для тока частоты 50 Гц, а для постоянного тока – 6 МА.
36. Однофазное и двухфазное включение человека в различных электрических сетях
Поражение человека током возникает при замыкании электрической цепи через тело человека. Это происходит в случае прикосновения человека не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми имеется некоторое напряжение. Включение человека в цепь может произойти по нескольким схемам: между проводом и землей, называемое однофазным включением; между двумя проводами – двухфазное включение. Эти схемы наиболее характерны для трехфазных сетей переменного тока. Возможно также включение между двумя проводами и землей одновременно; между двумя точками земли, имеющими разные потенциалы, и т. п.
Однофазное включение человека в сеть представляет собой непосредственное соприкосновение человека с частями электроустановки или оборудования, нормально или случайно находящимися под напряжением. При этом степень опасности поражения будет различной в зависимости от того, имеет ли электрическая сеть заземленную или изолированную нейтраль, а также в зависимости от качества изоляции проводов сети, ее протяженности, режима работы и ряда других параметров. При однофазном включении в сеть с заземленной нейтралью человек попадает под фазное напряжение, которое в 1,73 раза меньше линейного, и подвергается воздействию тока, величина которого определяется величиной фазного напряжения установки и сопротивления тела человека.. Дополнительное защитное действие оказывает изоляция пола, на котором стоит человек, и обувь.
Двухфазное прикосновение является, как правило, более опасным, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение (для трехфазной сети – линейное), а ток //г, проходящий через тело человека, оказывается независимым от режима нейтрали (для трехфазной сети) или от наличия заземления одного из проводов в однофазной сети и имеет наибольшее значение. Случаи двухфазного прикосновения происходят очень редко.
Анализ условий электробезопасности
Анализ условий электробезопасности заключается в определении величины тока через тело человека (I h) для конкретного случая.
Сравнивая полученные расчетным путем величины тока через тело человека с величиной условно безопасного тока (10мА) делают вывод об опасности данного случая. Если величина тока через тело человека превышает величину условно-безопасного тока - случай считают опасным. Если нет - не опасным. Так как человек в большинстве случаев пользуется сетью до 1000В, а эти сети, как правило, имеют небольшую протяженность, емкостью фазных проводов относительно земли можно пренебречь, считая, что сопротивление изоляции проводов (R из) относительно земли чисто активным.
Определить величину тока через тело человека можно так:
I h = U пр / R h
Сложность расчета заключается в нахождении напряжения прикосновения (U пр). Для нахождения этой величины прибегают к такому приему: определяют путь тока через тело человека, из которого и находят источник напряжения и сопротивления, через которые протекает ток.
Наиболее характерным бывают две схемы включения: между двумя проводами и между одним проводом и землей.
Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным включением, а вторую однофазным.
9.1.1. Двухфазное включение
Двухфазное включение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через тело человека пойдет большой ток (рисунок. 9.1.).
Рисунок 9.1. Двухфазное включение человека в сеть.
где, I h – ток через тело человека
U пр - напряжение прикосновения
Для сети 380/220
Ток опасный для жизни человека
9.1.2. Однофазное включение.
Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, т.к. напряжение под которым оказывается человек не превышает фазного. Кроме того, на значение тока через тело человека влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление обуви человека и другие факторы.
9.1.2.1. Однофазная сеть.
Рисунок 9.3. Схема включения
Рисунок 9.4. Схема замещения
Ток через тело человека можно найти как:
Из выражения можно сделать выводы:
1. Чем больше сопротивление изоляции относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу
2. Прикосновение человека к проводу с большим сопротивлением изоляции более опасно, т.к. напряжение прикосновение будет больше.
9.1 1.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью:
Рассмотрим два режима сети:
а) Нормальный режим работы (сопротивление изоляции имеют большое (нормированное) значение.
Рисунок 9.5. Однофазное включение в 3 х фазную сеть
с изолированной нейтралью
При равенстве сопротивлений изоляцииR из1 =R из2 =R из3 , величина тока через тело человека определяется выражением
В таких сетях опасность для человека, прикоснувшегося к проводу, при нормальном состоянии сети, зависит от сопротивления изоляции. Чем оно больше, тем меньше опасность. Поэтому, очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного выявления и устранения возникших неисправностей.
Согласно ПЭУ сопротивление изоляции проводов относительно земли в установках до 1000В не должно быть менее 500к.
б) При аварийном режиме - замыкание одной из фаз на землю через малое сопротивление замыкания - R зм.(рисунок 9.6.)
Рисунок 9.6 Аварийный режим в сети
Обычно R зм лежит в пределах от 50 до 200Ом.
Ток через тело человека, как и в нормальном режиме будет протекать и через сопротивления изоляции проводов относительно земли, но его величина будет значительно меньше, чем ток, протекающий через малое сопротивление замыкания. Поэтому величиной тока, протекающего через сопротивление изоляции, можно пренебречь и считать, что ток протекает только через сопротивление замыкания и тело человека.
Это очень опасно.
9.1.2.3. Трехфазная трехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью:
Глухозаземленной называется нейтраль трансформатора или генератора присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, трансформатор тока).
а) Нормальный режим работы
Рисунок 9.7.
Сопротивление заземления нейтрали R о нормируется в зависимости от максимального напряжения сети.
При U л =660В, R о =2Ом, при U л =380В, R о =4Ом, при U л =220В, R о =8Ом
Током, протекающим через тело человека и сопротивлением изоляции проводов можно пренебречь, по сравнению с током, протекающим через тело человека и малое сопротивление заземления нейтрали. Величина этого тока определяется из выражения:
Из выражения видно, что в сети с глухозаземленной нейтралью в период нормальной работы сети прикосновение к одному из проводов более опасно, чем прикосновение к проводу нормально работающей сети с изолированной нетралью.
б) При аварийном режиме работы - когда одна из фаз сети замкнута на землю через малое сопротивление R зм (рисунок 9.8.).
Рисунок 9.8.
Если провести анализ этого случая, то можно сделать следующие выводы:
2. Если принять R о равным 0, то человек окажется под фазным напряжением.
В реальных условиях R зм и R о всегда больше нуля, следовательно, человек, касаясь провода в аварийном режиме сети, попадает под напряжение меньше линейного, но больше фазного.
