Все случаи поражения человека током в результате электрического удара -- следствие прикосновения не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми существует разность потенциалов. Опасность такого прикосновения во многом зависит от особенностей электрической сети и схемы включения в нее человека. Определив силу тока /ч, проходящего через человека с учетом этих факторов, можно выбрать соответствующие защитные меры для снижения опасности поражения.

Двухфазное включение человека в цепь тока (рис. 8.1, а). Оно происходит довольно редко, но более опасно по сравнению с однофазным, так как к телу прикладывается наибольшее в данной сети напряжение -- линейное, а сила тока, А, проходящего через человека, не зависит от схемы сети, режима ее нейтрали и других факторов, т. е.

I = Uл/Rч = v 3Uф/Rч,

где Uл и Uф --линейное и фазное напряжение, В; Rч -- сопротивление тела человека, Ом (согласно Правилам устройства электроустановок в расчетах Rч принимают равным 1000 Ом).

Случаи двухфазного прикосновения могут произойти при работе с электрооборудованием без снятия напряжения, например, при замене сгоревшего предохранителя на вводе в здание, применении диэлектрических перчаток с разрывами резины, присоединении кабеля к незащищенным зажимам сварочного трансформатора и т. п.

Однофазное включение. На ток, проходящий через человека, влияют различные факторы, что снижает опасность поражения по сравнению с двухфазным прикосновением.

Рис. 1. Схемы возможного включения человека в сеть трехфазного тока:а -- двухфазное прикосновение; б-- однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью; в -- однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью

В однофазной двухпроводной сети, изолированной от земли, силу тока, А, проходящего через человека, при равенстве сопротивления изоляции проводов относительно земли r1 = r2 = r, определяют по формуле

Iч = U/(2Rч + r),

где U-- напряжение сети, В; r -- сопротивление изоляции, Ом.

В трехпроводной сети с изолированной нейтралью при r1 = r2 = r3 = rток пойдет от места контакта через тело человека, обувь, пол и несовершенную изоляцию к другим фазам (рис. 8.1, б). Тогда

Iч = Uф/(Ro + r/3),

где Rо -- общее сопротивление, Ом; RO = Rч + Rоп + Rп; Rоб -- сопротивление обуви, см: для резиновой обуви Rоб? 50 000 Ом; Rn -- сопротивление пола, Ом: для сухого деревянного пола, Rп = 60 000 Ом; г -- сопротивление изоляции проводов, Ом (согласно ПУЭ должно быть не менее 0,5 МОм на фазу участка сети напряжением до 1000 В).

В трехфазных четырехпроводных сетях ток пойдет через человека, его обувь, пол, заземление нейтрали источника и нулевой провод (рис. 8.1, в). Сила тока, А, проходящего через человека,

Iч=Uф(Rо + Rн),

где RH -- сопротивление заземления нейтрали, Ом. Пренебрегая сопротивлением RH, получим:

На предприятиях сельского хозяйства в основном применяют четырехпроводные электрические сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Их преимущество состоит в том, что посредством их можно получить два рабочих напряжения: линейное Uл = 380 В и фазное Uф = 220 В. К таким сетям не предъявляют высоких требований к качеству изоляции проводов и их применяют при большой разветвленности сети. Несколько реже используют трехпроводную сеть с изолированной нейтралью при напряжении до 1000В --более безопасную, если сопротивление изоляции проводов поддерживается на высоком уровне.

Напряжение прикосновения. Оно возникает в результате касания находящихся под напряжением электроустановок или металлических частей оборудования.

Если электрический ток течет через стержневой заземлитель, погруженный в землю так, что его верхний конец расположен на уровне земли, то напряжение прикосновения, В,

где I3 -- сила тока замыкания на землю, А; с -- удельное сопротивление основания (грунта, пола и т. д.), на котором находится человек, Ом*м; l и d -- длина и диаметр заземлителя, м; х -- расстояние от человека до центра заземлителя, м; а -- коэффициент напряжения прикосновения.

б = Rч/(Rч + Rоб + Rn) = Rч/Rо.

Пренебрегая сопротивлением обуви (когда она мокрая или при ее отсутствии), можно записать для следующих случаев:

ступни ног удалены одна относительно другой на расстоянии шага

б=1/(1 + 1,5с/Rч);

ступни ног находятся рядом

б=1/(1 + 2с/Rч).

Шаговое напряжение. Это напряжение Uш на теле человека при положении ног в точках поля растекания тока с заземлителя или от упавшего на землю провода, где находятся ступни, когда человек идет в направлении заземлителя (провода) или от него (рис. 8.2).

Если одна нога находится на расстоянии х от центра заземлителя, то другая -- на расстоянии х + а, где а -- длина шага. Обычно в расчетах принимают а = 0,8 м.

Максимальное напряжение в этом случае возникает в точке замыкания тока на землю, а по мере удаления от нее оно снижается по закону гиперболы. Считают, что на расстоянии 20 м от места замыкания потенциал земли равен нулю.

Шаговое напряжение, В,

Рис. 2.

Даже при небольшом шаговом напряжении (50...80 В) может возникнуть непроизвольное судорожное сокращение мышц ног и, как следствие этого -- падение человека на землю. При этом он одновременно касается земли руками и ногами, расстояние между которыми больше, чем длина шага, поэтому действующее напряжение увеличивается. Кроме того, в таком положении человека образуется новый путь прохождения тока, затрагивающий жизненно важные органы. При этом создается реальная угроза смертельного поражения. При уменьшении длины шага шаговое напряжение снижается. Поэтому, для того чтобы выбраться из зоны действия шагового напряжения, следует передвигаться прыжками на одной ноге или на двух сомкнутых ногах или как можно более короткими шагами (в последнем случае допустимым считают напряжение не более 40 В).

Многие из нас еще с детства помнят о том, что оголенный оборванный провод, упавший на землю, - это очень опасно. Помнятся различные страсти-мордасти про мокрую погоду и про несчастных жертв, даже не имевших «счастья» прикоснуться к металлу, находящемуся под напряжением и ставшему причиной их травмы. Всего-то их и угораздило пройти в опасной близости от поврежденной линии - и этого оказалось более чем достаточно.

Но что же это за явление, благодаря которому провод, «невинно» полеживающий в стороне становится смертельной угрозой? Всем известно, что электротравму человеку может нанести только проходящий через его тело электрический ток. А электрическому току нужен свободный путь. Необходимо, как минимум, две точки приложения на теле того, кому не повезло: одна из них - фаза, откуда ток может прийти, а вторая - ноль, куда он может свободно уйти.

Но позвольте, какая «фаза»? Ну, «ноль» - еще понятно, но откуда «фаза», если человек спокойно шагает себе по земле и никаких проводов даже не трогает? Ничего ведь такого, кажется, и нет - просто влажная земля. Тропинка, например. Ну да, фазный оборванный провод лежит неподалеку в кустах. Но он же непосредственно на землю и замкнулся - цепь не включает в себя прогуливающегося пешехода и ток через него идти не должен. Но это только так кажется.

Бояться было бы нечего, если бы земля была отличным проводником с сопротивлением, близким к сопротивлению металла. Тогда обрыв провода и падение его на землю завершались бы банальным коротким замыканием.

Срабатывала бы максимально-токовая защита, или сгорал бы оборванный провод, но в любом случае долго бы это не продолжалось. А на самом же деле удельное электрическое сопротивление грунта составляет минимум 60 Ом*м, а чаще всего и больше, даже если погода влажная и идет дождь. Поэтому при обрыве повода и замыкании его на землю для электрического тока просто возникает новая цепь: фазный провод - земля - заземленная нейтраль трансформатора.

Из-за не очень-то высокой проводимости земли току приходится изрядно потрудиться, чтобы пройти по этой цепи, но вариантов у него нет. Ток «с удовольствием воспользовался бы» какой-нибудь еще другой, «параллельной дорогой», которая позволила бы ему сократить путь. И такой дорогой может стать тело пешехода.

Говоря по-научному, на единственном существенном сопротивлении цепи провод-земля-нейтраль - влажном грунте - происходит падение напряжения (изменение электрического потенциала) от 220 вольт возле упавшего провода до нуля у нейтрали трансформатора.

Падение это происходит нелинейно, но суть сводится к тому, что чем ближе к проводу - тем стремительнее возрастает потенциал земли. Значит, чем ближе к месту обрыва - тем большая разность потенциалов между двумя точками поверхности, расположенными на определенном расстоянии. А несчастный прохожий может стоять одной ногой на первой из этих точек и другой ногой - на второй из них. При этом он, конечно, воспримет на себя возникшую разность потенциалов, а это может оказаться практически все фазное напряжение, если провод близко.

Разумеется, там, где появилось напряжение, - там и ток не заставит себя ждать. Вот и все. Не успев осознать тяжесть своего положения, прохожий получает удар током, возможно смертельный.

Напряжение, возникающее в таких случаях между ступнями человека, называется«шаговым напряжением» или «напряжением шага», и для борьбы с ним есть некоторые меры.

Самая надежная из этих мер - выравнивание потенциалов. При этом участок поверхности грунта, где возможна авария с фазным замыканием на землю, оснащается сеткой из заземленных проводников, заложенных прямо под поверхностью.

Работает это очень просто: потенциал проводника во всех точках всегда одинаков, поэтому находясь на такой сетке попасть под напряжение просто невозможно. Выравнивание потенциалов производят на территории открытых распределительных устройств (ОРУ) и в других потенциально опасных местах.

Но, к сожалению, оснастить каждую опору ЛЭП сеткой выравнивания потенциалов невозможно. Поэтому каждому человеку, даже не являющемуся электриком, необходимо проявлять бдительность: обращайте внимание на состояние линий электропередач вокруг вас, особенно в дождливую погоду. Обращайте внимание на свои ощущения: если вас «пощипывает», а то и «потряхивает» при ходьбе - это достаточно верный признак воздействия шагового напряжения.

Поняв, что вы находитесь в зоне возможного воздействия шагового напряжения, нужно постараться из нее выйти. Но делать это надо гусиным шагом - приставляя пятку ноги, которой шагаете, к носку ноги, на которой стоите. Таким образом, при ходьбе обе ноги будут находиться практически в одной точке с одним электрическим потенциалом - напряжение между ними не возникнет.

Включение человека в электрическую сеть может быть однофазным и двухфазным. Однофазное включение представляет собой подключение человека между одной из фаз сети и землей. Сила поражающего тока в этом случае зависит от режима нейт­рали сети, сопротивлений человека, обуви, пола, изоляции фаз относительно земли. Однофазное включение возникает значитель­но чаще и часто служит причиной электрических травм в сетях любого напряжения. При двухфазном включении человек прикасается к двум фа­зам электрической сети. При двухфазном включении сила тока, протекающего через тело (поражающий ток), зависит лишь от напряжения сети и сопротивления тела человека и не зависит от режима нейтрали питающего трансформатора сети. Электрические сети делят на однофазные и трехфазные. Однофазная сеть может быть изолирована от земли или иметь заземленный провод. На рис. 1 изображены возможные варианты подключения человека к однофазным сетям.

Таким образом, если человек прикоснется к одной из фаз трех­фазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, то он окажется практически под фазным напряжением (R3≤ RЧ) и сила тока, проходящего через человека при нормальной работе сети, практически не изменится с изменением сопротивления изо­ляции и емкости проводов отно­сительно земли.

Воздействие электрического тока на организм человека

Проходя через организм, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие.

Термическое действие проявляется в ожогах кожного покрова или внутренних органов.

При электролитической действия вследствие прохождения тока происходит разложение (электролиз) крови и другой органической жидкости, сопровождающееся разрушением эритроцитов и нарушением обмена веществ.

Биологическое действие выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что сопровождается самопроизвольным судорожным сокращением мышц, в том числе сердца и легких.

Различают два основных вида поражения электрическим током:

§ электрические травмы,

§ электрические удары.

Электрические удары могут быть условно разделены на четыре степени:

1. судорожные сокращения мышц без потери сознания;

2. с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца;

3. потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);

4. клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Клиническая смерть - это переходный период между жизнью и смертью, начинается с момента остановки деятельности сердца и легких. Человек, находящийся в состоянии клинической смерти, не проявляет никаких признаков жизни: у нее отсутствуют дыхание, сердцебиение, реакции на болевые ощущения; зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Однако следует помнить, что в этом случае организм еще можно оживить, если правильно и своевременно подать ему помощь. Продолжительность клинической смерти может составлять 5-8 мин. Если помощь не будет подана своевременно, то наступает биологическая (истинная) смерть.

Результат поражения человека электрическим током зависит от многих факторов. Важнейшими из них являются величина и продолжительность действия тока, род и частота тока и индивидуальные свойства организм

Определение сопротивления растекания тока одиночных заземлителей и порядок расчета защитного контура заземления для стационарного технологического оборудования (ГОСТ 12.1.030-81. CCБТ. Защитное заземление, зануление)

Выполнение заземляющих устройств. Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – сторонние проводящие части, находящиеся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемые для целей заземления.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. п.; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т. п.

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления – число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

1) характеристика электроустановки - тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т. п.;

2) план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

3) формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

4) данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, и сведения о погодных (климатических) условиях, при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщина верхнего слоя;

5) данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивления их растеканию тока, полученные непосредственным измерением. Если по каким-либо причинам измерить сопротивление естественного заземлителя невозможно, то должны быть представлены сведения, позволяющие определить это сопротивление расчетным путем;

6) расчетный ток замыкания на землю. Если ток неизвестен, то его вычисляют обычными способами;

7) расчетные значения допустимых напряжений прикосновения (и шага) и время действия защиты, в случае если расчет производится по напряжениям прикосновения (и шага).

Расчет заземления производится обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны и начали применяться инженерные способы расчета заземлителей в многослойном грунте.

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается, сопротивление верхнего слоя земли (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта. Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле обычно принимают двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев r1, и r2 соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h1. Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя, и называемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле более трудоемкий. Вместе с тем он дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью, т. е. в установках напряжением 110 кВ и выше.

При расчете заземляющего устройства любым способом необходимо определить для него требуемое сопротивление.

Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства производят в соответствии с ПУЭ.

Для установок напряжением до 1 кВ сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе типа IT должно соответствовать условию:

где Rз - сопротивление заземляющего устройства, ом; Uпр.доп – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 в; Iз – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность трансформаторов и генераторов, питающих сеть, не превышает 100 кВА, в том числе суммарная мощность трансформаторов и (или) генераторов, работающих параллельно.

Для установок напряжением выше 1 кВ выше 1 кВ сопротивление заземляющего устройства должно соответствовать:

0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т. е. при больших токах замыкания на землю);

250/Iз, но не более 10 Ом при изолированной нейтрали (т. е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В.

В этих выражениях Iз - расчетный ток замыкания на землю.

В процессе эксплуатации может произойти повышение сопротивления растеканию тока заземлителя сверх расчетного значения, поэтому необходимо периодически контролировать значение сопротивления заземлителя.

Контур заземления

Контур заземления классически представляет собой группу соединенных горизонтальным проводником вертикальных электродов небольшой глубины, смонтированных около объекта на относительно небольшом взаимном расстоянии друг от друга.

В качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве традиционно использовали стальной уголок либо арматура длинами 3 метра, которые забивали в грунт с помощью кувалды.

В качестве соединительного проводника использовали стальную полосу 4х40 мм, которая укладывалась в заранее подготовленную канаву глубиной 0,5 - 0,7 метра. Проводник присоединялся к смонтированным заземлителям электро- или газосваркой.

Контур заземления для экономии места обычно «сворачивают» вокруг здания вдоль стен (по периметру). Если взглянуть на этот заземлитель сверху, можно сказать, что электроды смонтированы по контуру здания (отсюда и название).

Таким образом контур заземления - это заземлитель, состоящий из нескольких электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг здания по его контуру.

Схемы включения в цепь тока могут быть различными. Однако наиболее характерными являются схемы включения: между двумя фазами и между одной фазой и землей (рис.1). Разумеется, во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей.

Первая схема соответствует двухфазному прикосновению, а вторая - однофазному.

Напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землёй при одновременном прикосновении к ним человека или животного называется напряжением прикосновения (U пр ).

Двухфазное прикосновение, при прочих равных условиях, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, а ток через человека, оказываясь независимым oт схемы сети, режима нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:

где
- линейное напряжение, т.e. напряжение между фазными проводами сети, В;

U ф - фазное напряжение, т.е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока (трансформатора или генератора) или между фазным и нулевым проводами сети, В;

R h - сопротивление тела человека, Ом.

Рис. 6.1. Случаи прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением: а - двухфазное включение: б и в- однофазные включения

Случаи двухфазного прикосновения происходят очень редко и не могут служить основанием для оценки сетей по условиям безопасности. Они бывают обычно в установках до 1000 В в результате работы под напряжением, применения неисправных защитных средств, а также эксплуатации оборудования с неогражденными голыми токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов и т.п.).

Однофазное прикосновение, при прочих равных условиях, является менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток, проходящий через человека, ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает значительно чаще и является основной схемой, при которой происходит поражение людей током в сетях любого напряжения. Поэтому ниже анализируются лишь случаи однофазного прикосновения. При этом рассматриваются обе разрешенные к применению сети трехфазного тока напряжением до 1000 В: четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью и трехпроводная с изолированной нейтралью.

6.2.4. Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью

В трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземоенной нейтралью вычисление напряжения прикосновения U пр , и тока I h проходящего через человека, в случае прикосновения к одной из фаз (рис. 6.2) проще всего выполнить символическим (комплексным) методом.

Рассмотрим наиболее общий случай, когда сопротивления изоляции проводов, так же как и емкости проводов относительно земли не равны между собой, т.е.

r 1 ≠ r 2 ≠ r 3 ≠ r н ; С 1 ≠ С 2 ≠ С 3 ≠ С н ≠ 0,

где r 1 , r 2 , r 3 , r н - сопротивление изоляции фазных L и нулевого (совмещённого) PEN проводов, Ом;

C 1 , C 2 , C 3 , C н - рассредоточенные емкости фазных L и нулевого (совмещённого) PEN проводов относительно земли, Ф.

Тогда полные проводимости фазных и нулевого проводов относительно земли в комплексной форме будут:

;
;
;

где w - угловая частота, рад/с;

j - мнимая единица, равная (
).

Рис. 6.2. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме работы: а - схема сети; б - эквивалентная схема; L 1, L 2, L 3, - фазные проводники; PEN - нулевой (совмещённый) провод.

Полные проводимости заземления нейтрали и тела человека равны соответственно

;
,

где r 0 - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Емкостной составляющей проводимости человека можно пренебречь ввиду ее малой величины.

При прикосновении человека к одной из фаз, например к фазному проводнику L1, напряжение, под которым он окажется, определится выражением

, (6.1)

Ток найдётся по формуле

где - комплексное напряжение фазы 1 (фазное напряжение), В;

- комплексное напряжение между нейтралью источника тока и землей (между точками 00" на эквивалентной схеме).

Пользуясь известным методом двух узлов, можно выразить следующим образом:

Имея в виду, что для симметричной трехфазной системы

;
;
,

где U ф - фазное напряжение источника (модуль), В;

а - фазовый оператор, учитывающий сдвиг фаз, где

,

будем иметь равенство

.

Подставив это значение в (6.1), получим искомое уравнение напряжения прикосновения в комплексной форме, воздействующего на человека, прикоснувшегося к фазному проводнику L1 трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью:

. (6.2)

Ток, проходящий через человека, получим, если умножим это выражение на Y h :

. (6.3)

При нормальном режиме работы сети проводимость фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с проводимостью заземления нейтрали имеет весьма малые значения и с некоторым допущением может быть приравнена к нулю, т.е.

Y 1 = Y 2 = Y 3 = Y н = 0

В этом случае уравнения (6.2) и (6.3) значительно упростятся. Так, напряжение прикосновения будет равно

,

или (в действительной форме)

, (6.4)

а ток равен

(6.5)

Согласно требованиям ПУЭ значение сопротивления r 0 не должно превышать 8 Ом, сопротивление же тела человека R h , не опускается ниже нескольких сотен ом. Следовательно, без большой ошибки в уравнениях (6.4) и (6.5), можно пренебречь значением r 0 и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением U ф , и ток, проходящий через него, равен частному от деления U ф на R h .

Из уравнения (6.5) вытекает еще один вывод: ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы, практически не изменяется с изменением сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, если сохраняется условие, что полные проводимости проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали сети.

В этом случае существенно повышают безопасность сопротивления обуви, грунта (пола) и другие сопротивления в электрической цепи человека.

Глухое замыкание на землю в сети с глухозаземленной нейтралью мало изменяет напряжение фаз относительно земли.

При аварийном режиме, когда одна из фаз сети, например фазный проводник L3 (рис.6.3, а), замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление r зм , а человек прикасается к фазному проводнику L1, уравнение (6.2) примет следующий вид:

.

Здесь также принимаем, что Y 1 , Y 2 и Y н малы по сравнению с Y 0 , т.е. приравнены к нулю.

Произведя соответствующие преобразования и учитывая, что

,
и
,

получим напряжение прикосновения в действительной форме

.

Для упрощения этого выражения допустим, что

.

В результате получим окончательно, что напряжение U пр равно

. (6.6)

Ток, проходящий через человека, определяется по формуле

. (6.7)

Рис. 6.3. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме: а - схема сети; б - векторная диаграмма напряжений.

Рассмотрим два характерных случая.

Если сопротивление замыкания проводов на землю r зм считать равным нулю, то уравнение (6.6) примет вид

.

Следовательно, в данном случае человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали r 0 , то из уравнения (6.6) получим, что U np = U ф , т.е. напряжение, под которым окажется человек, будет равно фазному напряжению.

Однако в практических условиях сопротивления r зм и r 0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного, т.е.

> U пр > U ф . (6.8)

Это положение иллюстрируется векторной диаграммой, приведенной на рис. 6.3, б и соответствующей рассматриваемому случаю. Следует отметить, что этот вывод вытекает также из уравнения (6.6). Так, при небольших значениях r зм и r 0 по сравнению с R h , первым слагаемым в знаменателе можно пренебречь. Тогда дробь при любых соотношениях r зм и r 0 будет всегда больше единицы, но меньше
, т.е. получим выражение (6.8).

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.