АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА

Чем определяется опасность поражения током в различных электрических сетях?

Анализ опасности поражения практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых он может оказаться при эксплуатации электроустановок, или напряжения прикосновения. Опасность поражения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Каковы схемы включения человека в электрическую цепь?

Наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами электрической сети, между одной фазой и землей. Кроме того, возможно прикосновение к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, а также включение человека под шаговое напряжение.

Что называется нейтралью трансформатора (генератора) и каковы режимы ее работы?

Точка соединения обмоток питающего трансформатора (генератора) называется нейтральной точкой, или нейтралью. Нейтраль источника питания может быть изолированная и заземленная.

Заземленной называется нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Изолированной называется нейтраль генератора или трансформатора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы).

Что положено в основу выбора режима нейтрали?

Выбор схемы сети, а следовательно, и режима нейтрали источника тока производят исходя из технологических требований и условий безопасности.

При напряжении до 1000 В широкое распространение получили обе схемы трехфазных сетей: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью.

По технологическим требованиям предпочтение часто отдается четырехпроводной сети, она использует два рабочих напряжения — линейное и фазное. Так, от четырехпроводной сети 380 В можно питать как силовую нагрузку — трехфазную, включая ее между фазными проводами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводами, т. е. на фазное напряжение 220 В. При этом становится значительно дешевле электроустановка за счет применения меньшего числа трансформаторов, меньшего сечения проводов и т. п.

По условиям безопасности выбирают одну из двух сетей исходя из положения: по условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период — сеть с заземленной нейтралью. Поэтому сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети и когда емкость сети относительно земли незначительна. Это могут быть мало разветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала. Примером могут служить сети небольших предприятий, передвижные установки.

Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию электроустановок (из-за высокой влажности, агрессивной среды и пр.) или нельзя быстро отыскать и устранить повреждение изоляции, когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для жизни человека. К таким сетям относятся сети крупных промышленных предприятий, городские распределительные и пр.

Существующее мнение о более высокой степени надежности сетей с изолированной нейтралью недостаточно обоснованно.

Статистические данные указывают, что по условиям надежности работы обе сети практически одинаковы.

При напряжении выше 1000 В вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ — заземленную.

Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, для человека одинаково опасно прикосновение к проводу сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. Поэтому режим нейтрали сети выше 1000 В по условиям безопасности не выбирается.

Какова опасность двухфазного прикосновения?

Под двухфазным прикосновением понимается одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 1).

Рис. 1. Схема двухфазного прикосновения человека к сети переменного тока

Двухфазное прикосновение более опасно. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека по одному из самых опасных для организма путей (рука—рука), будет зависеть от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети, а также от сопротивления тела человека:

В сети с линейным напряжением Uл = 380 В при сопротивлении тела человека Rчел = 1000 Ом ток, проходящий через тело человека, будет равен:

Этот ток для человека смертельно опасен. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети. Следовательно, двухфазное прикосновение одинаково опасно как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при условии равенства линейных напряжений этих сетей).

Случаи прикосновения человека к двум фазам происходят сравнительно редко.

Чем характеризуется однофазное прикосновение?

Однофазным прикосновением называется прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением.

Оно происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается и ток, проходящий через тело человека. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывают режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление пола (или основания), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

Какова опасность однофазного прикосновения в сети с заземленной нейтралью?

Рис. 2. Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью

В сети с заземленной нейтралью (рис. 2) цепь тока, проходящего через тело человека, включает в себя сопротивления тела человека, его обуви, пола (или основания), на котором стоит человек, а также сопротивление заземления нейтрали источника тока. С учетом указанных сопротивлений ток, проходящий через тело человека, определяется из следующего выражения:

При наиболее неблагоприятных условиях (человек, прикоснувшийся к фазе, имеет на ногах токопроводящую обувь — сырую или подбитую металлическими гвоздями, стоит на сырой земле или на проводящем основании — металлическом полу, на заземленной металлоконструкции), т. е. когда Rоб = 0 и Rп = 0, уравнение принимает вид:

Поскольку сопротивление нейтрали Ro обычно во много раз меньше сопротивления тела человека, то им можно пренебречь. Тогда

Однако при этих условиях и однофазное прикосновение, несмотря на меньший ток, весьма опасно. Так, в сети с фазным напряжением Uф = 220 В при Rчел = 1000 Ом ток, проходя через тело человека, будет иметь значение:

Такой ток смертельно опасен для человека.

Если человек имеет на ногах непроводящую обувь (например, резиновые галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то

Ток такой силы не опасен для человека.

Из приведенных данных видно, что для безопасности работающих в электроустановках большое значение имеют изолирующие полы и непроводящая ток обувь.

Каковы особенности однофазного прикосновения в сети с изолированной нейтралью?

В сети с изолированной нейтралью (рис. 3) ток, проходящий через тело человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.

С учетом сопротивлений обуви Rоб и пола или основания Rп, на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека Rчел, ток, проходящий через тело человека, определяется уравнением:

где Rиз — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

Рис. 3. Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью

При наиболее неблагоприятном случае, когда человек имеет проводящую ток обувь и стоит на токопроводящем полу, т. е. при Rоб = 0 и Rп = 0, уравнение значительно упростится:

Для этого случая в сети с фазным напряжением Uф = 220 В и сопротивлением изоляции фазы Rиз = 90 000 Ом при Rчел = 1000 Ом ток, проходящий через человека, будет равен:

Этот ток значительно меньше тока (220 мА), вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью. Он определяется в основном сопротивлением изоляции проводов относительно земли.

Какая сеть является более безопасной — с изолированной или заземленной нейтралью?

При прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью. Однако этот вывод справедлив лишь для нормальных (безаварийных) условий работы сетей, при наличии незначительной емкости относительно земли.

В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Объясняется это тем, что при такой аварии в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью повышение напряжения окажется незначительным.

Однако современные электрические сети ввиду их разветвленности и значительной протяженности создают большую емкостную проводимость между фазой и землей. В этом случае опасность прикосновения человека к одной и двум фазам практически одинакова. Каждое из этих прикосновений весьма опасно, так как ток, проходящий через тело человека, достигает очень больших значений.

Что такое напряжение шага?

Под напряжением шага понимается напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек. Величина шага обычно принимается равной 0,8 м.

Для некоторых животных (лошади, коровы) величина напряжения шага больше, чем для людей, и путь тока захватывает грудную клетку. По этим причинам они более подвержены поражениям шаговым напряжением.

Шаговое напряжение возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю. Наибольшая величина будет около места перехода, а наименьшая — на расстоянии более 20 м, т. е. за пределами, ограничивающими поле растекания тока в грунте.

На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68% полного напряжения, на расстоянии 10 м — 92%, на расстоянии 20 м потенциалы точек настолько малы, что практически могут быть равны нулю.

Такие точки поверхности почвы считаются находящимися вне зоны растекания тока и называются «землей».

Опасность напряжения шага увеличивается, если человек, подвергшийся его воздействию, падает. И тогда напряженйе шага возрастает, так как путь тока проходит уже не через ноги, а через все тело.

Случаи поражения людей из-за воздействия напряжения шага относительно редки. Они могут произойти, например, вблизи упавшего на землю провода (в такие моменты до отключения линии нельзя допускать людей и животных на близкое расстояние к месту падения провода). Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии.

Оказавшись в зоне шагового напряжения, выходить из нее следует небольшими шагами в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю, и в частности лежащего на земле провода.

Случаи поражения человека током возможны
лишь при зымыкании электрической цепи
через тело человека, т.е. при прикосновении
человека не менее чем к двум точкам
цепи, между которыми существует некоторое
напряжение.

Опасность такого прикосновения,
оцениваемая значениями тока, проходящего
через тело человека или же напряжением
прикосновения и зависит от ряда факторов
:

– схемы прикосновения человека к
электрической сети,

– напряжения сети,

– схемы сети,

– режима нейтрали сети (нейтраль заземлена
или изолирована),

– степени изоляции токоведущих частей
относительно земли,

– значения емкости токоведущих частей
относительно земли.

Рассмотрим схемы прикосновения человека
к различным электрическим сетям.

Двухполюсное прикосновение человека к токоведущим частям электроустановок

Наибольшую опасность представляет
двухполюсное (двухфазное) прикосновение
человека к токоведущим частям
электроустановок. При этом человек
оказывается под полным рабочим напряжением
сети и значение тока, протекающего через
тело Iч (А) будет равно :

1) в сети постоянного тока или однофазной
сети

Iч = Uраб / Rч ,

где Uраб – рабочее напряжение
сети, В,

Rч – электрическое сопротивление
тела человека, А.

Рис 2.12.1. Схема двухполюсного прикосновения
человека в сети постоянного тока или
однофазной сети

2) в трехфазной сети

Iч = Uл / Rч = 3
Uф / Rч ,

где Uл , Uф – линейное и фазное
напряжение сети.

Рис. 2.12.2. Схема прикосновения человека
в трехфазной сети

Для сетей переменного тока под величинами
Iч , Uф , Uл понимаются
действующие значения периодической
функции, т.е.

где Т = 1/ f , с,

i = Im
cos t,
u = Um
cos t,

Im , Um – амплитуда
тока и напряжения.

Действующее значение переменного тока
равно по величине такому постоянному
току I, который, проходя через неизменное
сопротивление r, за период времени Т
выделяет то же количество тепла, что и
данный ток i

В расчетах по электробезопасности
значение сопротивления тела человека
Rч , с учетом наиболее неблагоприятных
условий, принимается равным 1000 Ом при
значениях напряжения прикосновения
50 В и выше.

ГОСТ 12.1.038-82* устанавливает
предельно-допустимые значения напряжений
прикосновения и силы токов, кратковременно
протекающих через тело человека для
электроустановок производственного и
бытового назначения постоянного и
переменного тока частотой 50 и 400 Гц.

Пример : Для трехфазной сети частотой
50 Гц, напряжением 380/220 В определить
допустимое время прикосновения человека
к сети, как показано на рис. 2.12.2.

Iч = 380 / 1000 = 380 мА,

согласно ГОСТ 12.1.038-82* допустимое время
прикосновения равно 0,15с, при этом не
произойдет фибрилляция сердца.

Как показывает анализ случаев
электротравматизма при эксплуатации
промышленных установок двухполюсное
касание встречается относительно редко.
Значительно чаще имеет место однополюсное
прикосновение в изолированных и
глухозаземленных сетях.

Однополюсное прикосновение человека в однофазных сетях

Рассмотрим однофазную изолированную
от земли сеть, у которой емкость проводов
относительно земли можно принять равной
нулю (воздушная сеть до 1000В небольшой
протяженности)

а) б)

Рис. 2.12.3. Прикосновение человека к
проводу однофазной двухпроводной сети

а) – схема прикосновения,

б) – эквивалентная схема замещения, r1,
r2 – сопротивления изоляции проводов.

Согласно схемы замещения (рис. 2.12.3 б)
напряжение прикосновения Uпр
равно

Rч  r1
Rч r1

Uпр = U 
= U 
.

Rч 
(r1+r2) Rч r1 +
Rч r2 + r2 r1

Ток, проходящий через человека равен

Uпр r1

Iч =  = U
 .

Rч Rч r1 +
Rч r2 + r2 r1

Сопротивление обуви и пола считается
равным нулю, т.е. самый неблагоприятный
случай. Если считать, что r1=r2=rиз,
то

Iч = 
.

2Rч + rиз

Если принять, что при случайном касании
человека сети ток через него не должен
превышать некоторого допустимого
значения, то

rиз  
2Rч .

Iч доп

Так для сети U=220 В при Iч доп = 0,3
мА (допустимое значение ощутимого тока)

rиз = 220 / 0,0003 – 2 
1000 = 730 кОм.

Рассмотрим случай, когда один из проводов
однофазной сети, например 2, замкнут
через сопротивление rзм на землю.
Поскольку rзм << r1, r2 ,
то

Uпр U ,

Rч + rзм

Iч Uпр
/ Rч = U / (Rч + rзм).

Рассмотрим однофазную двухпроводную
сеть с заземленным проводом, емкостью
которой относительно земли можно
пренебречь.

а) б)

Рис. 2.12.4. Прикосновение человека к
заземленной однофазной сети

б) – эквивалентная схема замещения.

Из рис. 2.12.3 б) и рис. 2.12.4 б) для случая
замыкания одного провода однофазной
сети на землю следует, что схемы одинаковы
при rзм = r0 и << r1,
r2.

Здесь уместно отметить исключительно
большое значение изолирующих полов и
обуви для безопасности людей от поражения
током

Iч = U / (Rч + rп + rоб +
r0) ,

где rп – сопротивление пола,

rоб – сопротивление обуви.

Нередко считается, что прикосновение
к заземленному проводу безопасно, но в
действительности это не так. В случае
прикосновения к заземленному проводу
человек оказывается под воздействием
напряжения Uпр , равном падению
напряжения на участке провода от места
заземления а до места касания b

Uпр = Iн
rab ,

где Iн – ток нагрузки, А,

rab – сопротивление провода на
участке ab, Ом.

Рис. 2.12.5. Прикосновение человека к
заземленному проводу

В нормальных условиях Uпр не
велико. Наибольшее его значение
соответствует прикосновению человека
в точке с и составляет не более 5 %
от U, поскольку сечение проводов выбирается
из условия потери напряжения не более
10 % .

При коротком замыкании между проводами,
ток резко возрастает и потеря напряжения
в проводах достигает почти 100 % U. При
одинаковом сечении обоих проводов
напряжение в точке d близко к половине
напряжения сети (см. рис. 2.12.5), т.е. равно
0,5U.

1. Электротравматизм. Действие
электрического тока на организм
че­ловека.

2. Анализ опасности поражения электрическим
током в различных электрических сетях.

3. Меры защиты в электроустановках.

4. Защита от статического электричества.

Электроэнергия широко используется во
всех отраслях промышлен­ности. При
неумелом обращении или несоблюдении
установленных требо­ваний электрический
ток может представлять серьезную
опасность. Спе­цификой электрического
тока как поражающего фактора является
то, что он не может быть обнаружен
органами чувств человека: зрением,
слухом, обонянием.

Все электроустановки и электрооборудование
условно разделяются на две группы:

1) с напряжением до 1000 В включительно;

2) с напряжением выше 1000 В.

Установки cU<1000
В могут обслуживаться специалистами
другого профиля. Поэтому рассмотрим
требования безопасности, относящиеся
к электроустановкам напряжением до
1000 В включительно.

Анализ статистических данных показывает,
что несчастные случаи на производстве,
связанные с поражением электрическим
током, и сопро­вождающиеся временной
потерей трудоспособности, составляют
около 1%, а именно смертельный исход – до
40% от их общего числа. При этом до 80%
случаев со смертельным исходом приходится
на установки с на­пряжением 127 и 220 В.

Неправильная эксплуатация электрооборудования
кроме электро­травматизма может
привести в ряде случаев к возникновению
пожаров или взрывов.

Действие электрического тока на организм
человека своеобразно и носит разносторонний
характер. Проходя через тело человека,
электриче­ский ток оказывает
термическое, электролитическое и
биологическое воз­действие.

Все виды воздействия электрического
тока на человека делятся на две группы:

1) электрические травмы (местные поражения
тела в виде ожогов, металлизации кожи
или механических повреждений);

2) электрические удары.

Последствия воздействия электрического
тока классифицируются по своей тяжести
на четыре степени:

I
– судорожное сокращение мышц без потери
сознания;

II – то же с потерей
сознания, но с сохранением работы сердца
и ды­хания;

III
– потеря сознания и нарушение сердечной
деятельности и дыха­ния;

Характер
и тяжесть поражения электрическим током
зависит от сле­дующих факторов:

• силы тока;

• рода и частоты
тока;

• пути прохождения
тока;

• сопротивления
человеческого тела;

• психофизического
состояния человека.

При опасности
поражения электрическим током в
соответствии с ПУЭ все помещения
подразделяются на три класса:

• помещения без
повышенной опасности;

• помещения с
повышенной опасностью;

• особо опасные
помещения.

Анализ опасностей поражения электрическим током

Поражение
человека током возникает при замыкании
электрической цепи через тело человека.
Включение в цепь может произойти в
следую­щих случаях:

1.
случайное прикосновение к токоведущим
частям, находящимся под напряжением;

2. прикосновения
к нетоковедушим частям электроустановок,
слу­чайно оказавшимся под напряжением
вследствие повреждения изоляции или
другой неисправности;

3. попадание под
напряжение во время проведения ремонтных
работ на отключенном оборудовании из-за
ошибочного включения;

4. замыкание провода
на землю и возникновение шагового
напряже­ния.

Включение
человека в цепь происходит по нескольким
схемам: 1) между фазным проводом и землей
(однофазное); 2) между проводами двух фаз
(двухфазное); 3) между двумя точками
земли, имеющими разные по­тенциалы;
4) между землей и нетоковедущими частями,
оказавшимися под напряжением вследствие
неисправности.

Двухфазное включение весьма опасно,
поскольку к телу человека в этом случае
прикладывается наибольшее возможное
в данной сети напря­жение – линейное
Uл. При таком включении
ток, протекающий через чело­века (мА),
будет определяться уравнением

Iч=(Uл/Rч)*1000=(3
80/1000)* 1000=3 80мА,

т.е. является безусловно опасным для
человека.

Двухфазное включение одинаково опасно
в сети как с изолирован­ной, так и с
заземленной нейтралью.

Однофазное включение происходит гораздо
чаще, но менее опасно, чем прикосновение
к двум фазам. Объясняется это тем, что
при однофазном включение напряжение,
под которым оказывается человек, не
превышает фазного (Uл=

*Uф=1.73*Uф),
т.е. Uфв 1,73<Uл,
следовательно, меньше и величина тока,
проходящего через человека. Кроме того,
на величину тока влияют также режим
нейтрали источника тока, сопротивление
пола, на ко­тором стоит человек,
сопротивление его обуви и другие факторы.

Рассмотрим наиболее неблагоприятный
случай:

Такой ток опасен для человека.

Если человек стоит на изолирующем
основании, имеет на ногах не­проводящую
обувь,то

Такой ток безопасен для человека.

В сети с изолированной нейтралью ток,
протекающий через челове­ка, возвращается
к источнику тока через изоляцию проводов,
которая об­ладает большим сопротивлением.
Величина тока, протекающего через
че­ловека (мА), определяется для этого
случая по соотношению

где Rиз- изоляция
одной фазы сети относительно земли (по
правилам не менее 50000 Ом). В случае
наиболее неблагоприятных условий
(Rп=Rоб=0)
это уравнение упростится:

При Uл=380 В иRиз=50000
Ом получим

Iч=1000*1,73*380/(3*
1000+50000)= 10 мА.

Этот ток значительно меньше тока (220
мА), полученного для случая однофазного
включения при аналогичных условиях, но
в сети с заземленной нейтралью. Если же
принять Rп=60000 Ом иRоб=50000 Ом, тоIчбудет еще меньше.

Этот пример свидетельствует о том, что
в сети с изолированной ней­тралью
условия безопасности находятся в прямой
зависимости не только от RпиRоб, но и отRиз:чем лучше изоляция, тем меньше сила
тока. про­текающего через человека. В сети с заземленной нейтралью
положитель­ная роль изоляции проводов
практически полностью утрачена.

Таким образом, при прочих равных условиях
однофазное включение человека в сеть
с изолированной нейтралью менее опасно,
чем в сеть с за­земленной нейтралью.
Этот вывод справедлив для нормальных
(безава­рийных) условий работы сети.
В случае аварии, когда одна из фаз
замкнута на землю, сеть с изолированной
нейтралью может оказаться более опас­ной.
Это объясняется тем, что при такой аварии
напряжение между фазой и землей в сети
с изолированной нейтралью может вырасти
с фазного до линейного, в то время как
в сети с заземленной нейтралью повышение
на­пряжения может быть незначительным.

В сетях напряжением выше 1000 В вследствие
большой протяженно­сти, а, следовательно,
большой емкостной проводимости между
фазами и землей (т.е. R-из невелико),
опасность однофазного и двухфазного
включе­ний человека практически
одинакова и не зависит от режима нейтрали
се­ти. Любое из таких включений весьма
опасно, т.к. сила тока, протекающего
через человека, достигает очень больших
значений.

Согласно ГОСТ 12.1005-76 электрическим
замыканием на землю на­зывается
случайное электрическое соединение
токоведущей части непо­средственно
с землей или с токоведущими частями
конструкции, не изоли­рованными от
земли.

Замыкание на землю может произойти: 1)
из-за контакта между то­коведущими
частями и заземленным корпусом
оборудования; 2) при паде­нии на землю
оборванного провода.

В этом случае ток растекается в земле
во все стороны по радиусу т плотность
его в земле убывает по мере удаления от
заземлителя. Теорети­чески “поле
растекания” простирается до
бесконечности, однако в дейст­вительных
условиях уже на расстоянии 20 м от
заземлителя плотность тока практически
равна нулю. Потенциал поверхности земли
(

Напряжением прикосновения называется
разность потенциалов обо­рудования

и поверхности земли

Чем ближе находится человек к заземлителю,
тем выше потенциал поверхности земли,
тем меньше напряжение прикосновения.

Напряжением шага называется разность
потенциалов двух точек X1и Х2поверхности земли, которых
одновременно касается человек

Рис.
1. Изменение
потенциала поверхности земли

Чем
ближе к месту замыкания на землю находится
человек, тем больше разность потенциалов,
тем больше величина напряжения шага.

Соседние файлы в папке Лекции

Тема 7. Электробезопасность

1. Действие электрического тока на организм человека.

2. Факторы, определяющие тяжесть исхода воздействия электрического тока на человека.

3. Возможные условия поражения человека электрическим током

4. Меры защиты от поражения людей электрическим током. Электрозащитные средства.

5. Первая доврачебная помощь пораженному электрическим током.

Техника безопасности (ТБ) – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от воздействия опасных и вредных факторов.

Электробезопасность – защита от электрического тока, электрической дуги, статического и атмосферного электричества.

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него сложное воздействие, вызывая:

а) термическое действие – ожоги, нагрев тканей и биологических сред;

б) электролитическое – выражается в электролизе жидкости в тканях организма, разложении крови и плазмы;

в) механическое – разрыв и расслоение тканей, ударное действие испарения жидкости из тканей организма;

г) биологическое – сокращение мышц, паралич дыхания и сердца, раздражение и возбуждение нервных окончаний.

Любое из перечисленных воздействий тока может привести к электрической травме.

Воздействие тока на человека подразделяется на местные и общие электротравмы.

А. Местные электротравмы:

· электрический ожог, перегрев внутренних органов;

· электрические знаки – метки различной формы и цвета, безболезненные, исчезающие со временем;

· металлизация кожи частицами расплавившегося под действием электрической дуги металла;

· электроофтальмия (воспаление/ожог наружной оболочки глаз);

· механические повреждения, вызванные непроизвольными сокращениями мышц под действием тока (редко).

Б. Общие электротравмы (электрический удар) – внутренние, общие поражения организма:

· 1 степень – с судорожными сокращениями мышц, сопровождающимися сильными болями без потери сознания;

· 2 степень – с потерей сознания, но с сохранившимся дыханием и работой сердца;

· 3 степень – с потерей сознания и нарушением сердечной деятельности и (или) дыхания;

· 4 степень – с состоянием клинической смерти в результате фибрилляции сердца или асфиксии (остановка работы сердца и нарушение снабжения кислородом клеток мозга; в состоянии клинической смерти находятся до 5-6 мин.).

Исход электротравмы или электрического удара зависит от следующих факторов:

1. род тока (постоянный или переменный; переменный ток с частотой 50Гц наиболее опасен);

2. величина силы тока и напряжения (при напряжениях менее 500 В наиболее опасен переменный ток, свыше 500 В – постоянный);

3. длительность прохождения тока через организм человека;

4. путь или петля прохождения тока (нога-нога; рука-нога; наиболее опасными являются пути через головной мозг, сердечную мышцу и дыхательную систему, а также путь рука-рука);

5. место вхождения тока в организм (действие тока на организм усиливается при замыкании контактов в акупунктурных точках);

6. площадь контакта (чем она больше, тем меньше сопротивление тела человека);

7. условия внешней среды (неблагоприятные факторы – повышенные температура и влажность, пониженное давление);

8. состояние организма человека (кардиологические заболевания, заболевания нервной системы, наличие алкоголя в крови, увлажненная/потная и грязная поверхность кожи снижают сопротивление тела человека).

Длительность протекания тока является весьма важным фактором, определяющим исход поражения, поскольку с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, а также вследствие кумулятивного действия тока. Увеличение силы тока приводит к качественным изменениям его воздействия на организм. При этом выделяются три основные реакции:

2) судорожное сокращение мышц;

3) фибрилляция сердца.

Критические значения тока. Существуют критические значения сетевого переменного тока, принятые на основе указанных выше основных реакций организма:

· 0,5-1,5 мА – пороговый ощутимый ток (т.е. наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать в точках прикосновения);

· 10-20 мА – пороговый неотпускающий ток (когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободится от токоведущих частей)

· 80-100 мА – пороговый фибрилляционный ток, вызывающий неритмичные судорожные сокращения волокон сердечной мышцы и остановку сердца.

· при токе 5 А и более происходит асфиксия – удушье, вызванное рефлекторным спазмом голосовой щели.

В электроустановках за «смертельный» порог берется значения фибрилляционного тока.

Для каждого порогового значения тока существует минимальное допустимое время воздействия: 10 мин – для ощутимого тока; 3 сек – для неотпускающего тока; 1 сек – для фибрилляционного тока.

Поражение электрическим током возможно лишь в состоянии полного покоя сердца человека. При продолжительности воздействия не более 10 минут в сутки в неаварийном режиме при нормальных метеорологических условиях предельно допустимые значения тока: частотой 50 Гц равно 0,3 мА, частотой 400 Гц – 0,4 мА, постоянного тока – 1 мА.

Человек может получить электротравму в следующих случаях:

1. прикосновение к неизолированным токоведущим частям, находящимся под напряжением;

2. прикосновение к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением из-за повреждения изоляции или ошибочных действий персонала;

3. попадание под шаговое напряжение при передвижении человека по зоне растекания тока от упавшего на землю провода или замыкания токоведущих частей на землю;

4. прикосновение к цепям с большим остаточным зарядом;

5. попадание в зону действия высоковольтной дуги;

6. приближение к электроустановке на расстояние меньше допустимого (минимальное расстояние от шин высокого напряжения – 0,7 м)

7. при действии атмосферного электричества во время разряда молний;

8. при оказании первой помощи пострадавшему от электрического тока (при освобождении его от действия напряжения).

Классификация помещений (условий работ) по опасности поражения электрическим током:

1) без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность;

2) с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих признаков:

– относительная влажность, длительно превышающая 75 %;

– токопроводящая пыль;

– токопроводящие полы (земляные, металлические, железо-бетонные, кирпичные и т.п.);

– высокая температура, длительно превышающая +35°С;

– возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппараратам, с одной стороны, и к металлическим корпусам оборудования – с другой;

3) с особой опасностью, в которых возможны:

– особая сырость (влажность близкая к 100 %);

– химически активная (агрессивная) среда;

– наличие одновременно двух или более признаков условий повышенной опасности (см. п. 2).

Территорию размещения наружных электроустановок (на открытом воздухе) относят к особо опасным помещениям. Выделяют работы в особо неблагоприятных условиях (в сосудах, котлах с ограниченным перемещением оператора). Условия производства работ предъявляют определенные требования к питанию таких потребителей, как электроинструмент, переносные светильники, светильники местного освещения. В помещениях особо опасных и с повышенной опасностью они питаются напряжением не более 50 В, а в особо неблагоприятных условиях – не более 12 В. Для уменьшения номинала напряжения используют понижающие трансформаторы. Автотрансформаторы использовать категорически запрещено.

Поражение человека электрическим током происходит при за­мыкании электрической цепи через тело, т.е. в случае прикосно­вения его к двум точкам электрической цепи, между которыми имеется напряжение.

В трехфазных сетях переменного тока возможно включение тела человека в электрическую цепь между одним проводом и землей (однофазное включение) или между двумя проводами (двухфазное включение). Однофазное включение приводит к менее значи­тельному воздействию тока по сравнению с двухфазным, так как в этом случае напряжение ниже линейного в 1,73 раза.

Опасность поражения электрическим током возникает при за­мыкании на землю или на корпус находящихся под напряжением токоведущих частей электроустановки. Замыканием на землю на­зывается их случайное электрическое соединение с землей непо­средственно или через металлические элементы конструкции уста­новки, замыканием на корпус — соединение с заземленными ме­таллическими корпусами, баками или другими конструктивными элементами электроустановки, в нормальных условиях не находя­щимися под напряжением.

При стекании тока в землю образуется так называемая зона его растекания, в пределах которой наблюдается заметный потенци­ал (рис. 6.1).

В этом случае снижается потенциал заземленной токоведущей части до значения jэ, равного произведению тока Iз, стекающего в землю, на сопротивление Rз, которое он встречает на своем пути:

Данное явление, весьма благоприятное с точки зрения без­опасности, используется для защиты от поражения током при слу­чайном появлении напряжения на металлических токоведущих частях установки, которые с этой целью заземляют. Однако пони­жение потенциала заземленной токоведущей части при стекании тока в землю сопровождается отрицательным явлением: появля­ются потенциалы на заземлителе, металлических частях, находя­щихся в контакте с ним, и поверхности грунта вокруг места стекания тока, что может представлять опасность для жизни человека. Рассмотрим стекание тока /, в землю через наиболее простой заземлитель — полушар радиусом r 3 (см. рис. 6.1)- Для упрощения считаем, что удельное сопротивление р земли во всем рассматри­ваемом объеме является постоянной величиной. В этом случае ток в земле растекается во все стороны по радиусам полушара и его плотность j убывает по мере удаления от заземлителя. На расстоя­нии х1 от центра полушара О она равна

В земле, где проходит ток, возникает поле его растекания. Тео­ретически оно простирается до бесконечности. Однако в действи­тельности уже на расстоянии rр = 20 м от заземлителя плотность тока практически равна нулю. Следовательно, можно считать, что и поле растекания распространяется лишь на это расстояние.

Рис. 6.1. Зона растекания тока замыкания на землю:
Ох1 – расстояние от центра заземлителя;

За пределами зоны растекания тока находится зона земли, на поверхности которой потенциал становится малозаметным. Она называется зоной нулевого потенциала.

Если человек окажется в зоне растекания тока и будет стоять на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах, где расположены ступни ног, то на расстоянии шага а (полагают, что, а = 0,8 м) возникнет так называемое напряжение шага, или шаговое напряжение Uшравное разности этих потенциалов:

В то же время шаговое напряжение представляет собой падение напряжения на сопротивлении Rh тела человека:

, как и

де β — коэффициент напряжения шага, или просто коэффициент шага, зависящий от формы кривой распределения потенциала:

При наличии одиночного заземлителя напряжение шага определяется отрезком АВ (рис.6.2), длина которого зависит от характера определение потенциала, т.е. от типа заземлителя, и по мере удаления от него уменьшается от некоторого максимального значения до нуля.

При использовании одиночного полушарового заземлителя радиусом rз

а коэффициент шага

Рис. 6.2. Шаговое напряжение при одиночном заземлителе: а — длина шага; Uш — шаговое напряжение; Uш max — максимальное шаговое напряжение; с и d — точки эквипотенциальной окружности радиусом x1 уда­ленные друг от друга на расстояние шага а; АВ — отрезок, длина которого равна разности потенциалов

; обозначения остальных величин см. на рис. 6.1

Максимальные значения Uш и β соответствующие наимень­шему расстоянию от заземлителя х = rз(человек стоит одной но­гой непосредственно на нем, а другая находится на расстоянии шага от него), равны

При наличии группового заземлителя в пределах площади, на которой размещены электроды, напряжение шага меньше, чем при одиночном заземлителе, но также изменяется от некоторого максимального значения до нуля при удалении от них.

Как и при одиночном заземлителе, максимальное шаговое на­пряжение достигается, когда одна точка лежит на электроде, а другая — на расстоянии шага от него. Минимальное шаговое на­пряжение, равное нулю, соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковым потенциалом. При замыкании токоведущих частей на землю или корпус нормально изолированные части электроустановки могут находиться под напряжением. При прикосновении к этим частям работник окажется под напряжени­ем Unp, носящим название напряжения прикосновения. Оно пред­ставляет собой разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек, или, иначе гово­ря, падение напряжения на сопротивлении тела человека Rh:

— ток, проходящий через человека по пути рука—ноги.

При создании защитного заземления или зануления одна из этих точек имеет потенциал заземлителя j3, а другая — потенци­ал основания jос, в том месте, где стоит человек. В этом случае напряжение прикосновения

где α — коэффициент напряжения прикосновения, или просто коэффициент прикосновения, зависящий от формы кривой рас­пределения потенциала:

Пусть корпуса электродвигателей заземлены с помощью оди­ночного заземлителя (рис.6.3). При замыкании на корпус одного из них на заземлителе и всех присоединенных к нему металличе­ских частях, в том числе на корпусах двигателей, появится потен­циал jз.

Поверхность земли вокруг заземлителя будет иметь потенциал jос(х), описываемый кривой а, вид которой определяется формой заземлителя.

Распределение напряжения прикосновения в зоне растекания

характеризуется кривой б. Чем дальше от за­землителя находится человек, прикасающийся к заземленному оборудованию, тем выше это напряжение, и наоборот. Так, при наибольшем расстоянии х = r р = 20 м (положение 3) оно имеет максимальное значение

, причем αmax= 1. Это наиболее опасный случай прикосновения.

При наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек стоит непосредственно на нем (положение 1), U пp = 0 и а = 0. Это безопасный случай: человек не подвергается воздействию напря­жения, хотя и имеет потенциал j3.

При промежуточных значениях х- (положение 2) Unp плавно возрастает от 0 до j3, а α — от 0 до 1.

Рис. 6.3. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе: 1 — положение человека, стоящего непосредственно на заземлителе; 2 — проме­жуточное положение в зоне растекании тока; 3 — положение человека, стоящего на границе зоны растекания; jос — потенциал основания; Uпр — напряжение прикосновении; а и б — распределения в зоне растекания тока соответственно jос(х) и Uпр(х)=

– промежуточное расстояние от центра заземления; обозначения остальных величин см. на рис. 6.1.