Анализ опасности поражения током в зависимости от режима работы электроустановки

Степень опасности и исход поражения током зависят от пяти факторов:

- схемы «подключения» человека в электрическую цепь;

- напряжения сети;

- схемы самой сети и режима ее нейтрализации;

- степени изоляции токоведущих частей от земли;

- сопротивления самого человека воздействию электрического тока.

На предприятиях используют две схемы электрической сети:

- трехфазную четырехпроводную с заземленной нейтралью;

- трехфазную с изолированной нейтралью.

Нейтральной точкой трансформатора (генератора) называют точку соединения обмоток питающего трансформатора. При нормальном режиме работы электрической сети в этой точке напряжение U₀=0. Нейтраль источника питания может быть заземленная и изолированная от земли, что определяет режим ее работы. Заземление нейтрали называют рабочим заземлением R₀.

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 U_л=380В питают силовую нагрузку – включают электродвигатели производственного оборудования между фазными проводами. Фазное напряжение U_ф=220В используют для осветительной установки – подключают лампы между фазным и нулевым проводами. Линейное напряжение всегда больше фазного в 1,73 раза (U_л= ×U_ф).

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 и нельзя быстро отыскать и устранить ее повреждение.

Поражение человека электрическим током может быть вызвано однополюсным (однофазным) или двухполюсным (двухфазным) прикосновением к токоведущей части установки.

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.

На рис.3.1. представлена схема прикосновения к одной из фаз сети с изолированной нейтралью. Последовательно с сопротивлением человека по этой схеме оказываются включенными сопротивления изоляции и емкости относительно земли двух других неповрежденных фаз.

Рис.3.1. Однополюсное прикосновение к сети с изолированной нейтралью

при нормальном режиме работы.

При нормальном режиме работы электросети напряжение нейтрали источника питания по отношению к земле равно нулю. Напряжения фаз относительно земли одинаковы и равны фазным напряжениям источника питания.

Если человек коснется фазы L₁, то через его тело потечет ток по цепи: фаза L₁®тело человека (R_h) ®земля (R_з)®проводимость неповрежденных фаз L₂ и L₃®фаза L₁.

Сопротивление изоляции проводов никогда не равно бесконечно большой величине, обязательно имеют место токи утечки. Сопротивление изоляции проводов по отношению к земле изображены в виде сосредоточенных сопротивлений r₁, r₂ и r₃. Значения С₁, С₂ и С₃ – собственная емкость фазных проводов. 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.

С увеличением мощности сети возрастает ток утечки, следовательно, увеличивается электрическое поле между проводами и землей. С целью снижения тока утечки на предприятиях используют короткие электрические сети.

Силу тока (I_h), прошедшего через тело человека при однофазном подключении в трехфазную сеть с изолированной нейтралью определяют по формуле:

где U_ф – фазное напряжение, В;

R_h – сопротивление организма человека воздействию электрического тока, Ом;

R_из – сопротивление изоляции электропроводов, Ом.

Сопротивлением земли можно пренебречь из-за его бесконечно малого значения, так как в этом случае площадь земли равна площади ступней человека.

В соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли должно быть R_из ³ 0,5 МОм ³ 500000 Ом.

В сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одному из фазных проводов в период нормальной работы сети, главным образом зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли. С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

При аварийном режиме работы этой же сети, когда имеет место замыкание фазы на землю, напряжение в нейтральной точке может достигать фазного напряжения, напряжение неповрежденных фаз относительно земли становиться 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.

На рис.3.2. показана схема прикосновения человека к одной фазе сети с заземленной нейтралью. При прикосновении к одной из фаз сети с заземленной нейтралью через тело человека ток пойдет по цепи:

Фаза L₁ ® тело человека R_h ® земля R_з ®сопротивление заземления нейтрали R_ф ® фаза L₁.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжение отдельных фаз по отношению к земле остается практически постоянным и равно фазному напряжению U_ф. Поэтому при прикосновении человека к фазному проводу сети он оказывается под действием фазного напряжения (U_ф). Сила тока I_h, протекающего через тело человека R_h определяется формулой:

где R_з – сопротивление земли, Ом;

R₀ – сопротивление заземления нейтрали, Ом

Рис. 3.2. Схема прикосновения человека к одной фазе сети

с заземленной нейтралью

Сопротивлением земли, как и в случае электрической сети с изолированной нейтралью можно пренебречь.

Согласно требованиям ПУЭ R₀ не должно превышать 10 Ом, что значительно меньше минимального сопротивления человека, поэтому в расчете силы тока I_h сопротивлением рабочего заземления I₀ можно пренебречь.

Таким образом, при подключении к одной фазе трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью человек оказывается под фазным напряжением U_ф, а сила тока, проходящего через него, определяется по формуле:

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.