Меню

Ток через человека при однофазном прикосновении с изолированной нейтралью

Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях

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).

Схема двухфазного прикосновения человека к сети переменного тока

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:

ток, проходящий через тело человека

  • Uл — линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети;
  • Rчел — сопротивление тела человека.

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

сети с линейным напряжением

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?

Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной 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:

сети с заземленной нейтралью

  • Uф — фазное напряжение сети, В;
  • Rчел — сопротивление тела человека, Ом;
  • Rоб — сопротивление обуви человека, Ом;
  • Rп — сопротивление пола (основания), на котором человек стоит, Ом;
  • Ro — сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

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:

человек, прикоснувшийся к фазе

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

сопротивление нейтрали

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:

ток смертельно опасен для человека

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

человек имеет на ногах непроводящую обувь

  • 45 000 — сопротивление обуви человека, Ом;
  • 100 000 — сопротивление пола, Ом.

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:

С учетом сопротивлений обуви

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

Схема прикосновения человека к одной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью

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:

При наиболее неблагоприятном случае

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:

этого случая в сети с фазным напряжением

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.

Читайте также:  Ток расцепителя автомата это

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.

Источник



А. Однофазное прикосновение в сетях с заземленной нейтралью

Рис. 12. Схема прохождения тока через тело человека при однофазном прикосновении в сети с заземленной нейтралью

Ток, проходящий через тело человека:

где Rн– сопротивление заземления нейтрали, Rн ≤ 4 Ом;

rп, rоб , rод – сопротивление пола, обуви, одежды.

Рис. 13. Схема прохождения тока через тело человека при однофазном прикосновении в сети с изолированной нейтралью

В сетях с изолированной нейтралью условия электробезопасности определяются сопротивлениями изоляции и емкостью относительно земли.

Ток, проходящий через тело человека:

Если емкость проводов относительно земли мала, т.е. Сф–>0, что обычно бывает в воздушных сетях небольшой протяженности, то ток через тело человека определится выражением

где Rф – сопротивление изоляции фазы.

Если же емкость велика, а проводимость изоляции незначительна, т.е. Rф→∞, что обычно бывает в кабельных сетях, то сила тока через тело человека:

где Хс – емкостное сопротивление, Хс = 1/ωС, Ом;

ω – угловая частота, рад/с.

Таким образом, при поддержании параметров сети Rф и Сф на соответствующем нормам уровне можно добиться обеспечения электро-безопасных условий эксплуатации сети. Поэтому при эксплуатации электри-ческих сетей, работающих в режиме изолированной нейтрали, особое значение имеет контроль изоляции. По требованию безопасности Rиз ≥ 0,5 Мом.

Приведенные формулы справедливы для работы установок в нормальном режиме (т.е. при сохранении нормативных значений сопротивления изоляции).

Схема прохождения тока через тело человека в аварийном режиме (при неисправности изоляции фаз) приведена на рис. 14.

Рис. 14. Схема прохождения тока через тело человека при однофазном прикосновении в сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю одной из фаз (аварийный режим)

Ток, проходящий через тело человека в аварийном режиме определяется выражением

В аварийных ситуациях (при неисправности изоляции фаз) человек попадает под действие линейного напряжения.

Таким образом, при неисправности изоляции фаз человек попадает под действие линейного напряжения.

Аварийные режимы возникают при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам. Потенциал токоведущей части падает при этом до потенциала j3, где j3 = J3·r3; здесь J3– ток замыкания; r3 – сопротивление цепи в точке замыкания.

Растекание тока замыкания в грунте определяет характер распределения потенциала на поверхности земли. Для упрощения анализа предположим, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусферической формы, что грунт однородный и изотропный и что удельное сопротивление грунта ρ во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлителя. Тогда плотность тока в точке на расстоянии х выразится зависимостью

где – ток, стекающий с заземлителя в грунт; – площадь поверхности полусферы радиусом х, = .

Падение напряжения в элементарном слое грунта толщиной dx выразится через напряженность поля Е и толщину этого слоя:

DU = Edx.

Напряженность поля определяется законом Ома в дифференциальной форме Е = ρ.

Потенциал точки х равен падению напряжения от точки х до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом. Поэтому

Таким образом, потенциал на поверхности грунта распределяется по закону гиперболы. Схема растекания тока в грунте представлена на рис.15.

Рис. 15. Распределение потенциала по поверхности земли при стекании тока на землю

Напряжение прикосновения (рис.16) – это напряжение между двумя точками цепи замыкания на землю (корпус) при одновременном прикосновении к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса и точек грунта, в которых находятся ноги человека, :

; ; ,

где – удельное сопротивление грунта;

r – радиус условного полусферического заземлителя;

– коэффициент напряжения прикосновения. В пределах зоны растека-ния тока меньше единицы, а за пределами этой зоны равен единице. Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Ток, протекающий через тело человека при прикосновении,

Напряжение шага(рис. 16)– разность потенциалов, обусловленная растеканием тока замыкания на землю, между точками цепи тока, находящихся на расстоянии шага а(а = 0,8 м), которых одновременно касается ногами человек.

Рис.16. Схема возникновения напряжения прикосновения и шагового напряжения

; ; ; ,

где bш – коэффициент шагового напряжения.

Напряжение шага зависит от потенциала замыкания и удельного сопротивления грунта, а также расстояния от заземлителя и ширины шага.

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю.

Ток, обусловленный напряжением шага,

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, так как ток протекает по разным путям: через грудную клетку – от напряжения прикосновения и по нижней петле – от напряжения шага. Значительные напряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.

Дата добавления: 2015-07-30 ; просмотров: 1915 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

§ 5. Условия поражения электрическим током

Непосредственно соприкосновение с токоведущими частями установок, находящимися под напряжением, связано с опасностью поражения током. При этом степень опасности и возможность поражения электрическим током зависят от того, каким образом произошло прикосновение человека к проводникам, находящимся под напряжением.

Возможны два случая прикосновений:

1) к двум линейным проводам одновременно;

2) к одному линейному проводу.

Двухфазное прикосновение. Прикосновение к двум линейным проводам (двум фазам) одновременно (рис. 6, а) является чрезвычайно опасным, поскольку к телу человека в этом случае прикладывается наибольшее возможное в данной сети напряжение — линейное. Ток, протекающий через тело человека, равен

где I ч — ток, протекающий через тело человека, в А;

U л — линейное напряжение установки в В;

U ф — фазовое напряжение в В;

R ч — сопротивление человека в Ом.

В сети с линейным напряжением 380 В и при сопротивлении тела человека 1000 Ом через человека будет проходить ток, равный I ч =380/1000= 0,38 А

Такой ток является, безусловно, опасным для жизни человека.

Читайте также:  Если сопротивление элемента зависит от тока или приложенного напряжения

Схема пути электрического тока через человека при двухфазном прикосновении Схема пути электрического тока через человека при однофазном прикосновении в системе с заземленной нейтральюСхема пути электрического тока через человека при однофазном прикосновении в системе с изолированной нейтралью Схема пути электрического тока через человека при однофазном прикосновении в системе при наличии емкости

Рис. 6. Схема пути электрического тока:

а— при двухфазном прикосновении; б — при однофазном прикосновении в системе с заземленной нейтралью; в — при однофазном прикосновении в системе с изолированной нейтралью; г — при однофазном прикосновении в системе при наличии емкости

Случаи двухфазного прикосновения человека происходят очень редко. Достаточно сказать, что из всех случаев электропоражений с тяжелым исходом на долю одновременных прикосновений к двум фазам приходится от 3 до 10%.

Однофазное прикосновение. В 90—97% случаев, повлекших тяжелые электропоражения, имело место прикосновение к одной фазе,. Однако прикосновение к одной фазе является значительно менее опасным, чем двухфазное прикосновение. Объясняется это тем, что при однофазном прикосновении напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т. е. меньше линейного в =1,73 раза. Соответственно меньше оказывается и ток, протекающий через тело человека. Кроме того, на величину этого тока влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

Нейтрали генераторов и трансформаторов могут быть выполнены либо глухозаземленными, либо изолированными от земли. Глухозаземленной называется нейтраль генератора или трансформатора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, трансформаторы тока и т. д.). Изолированной называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (например, компенсационные катушки, трансформаторы напряжения и т. д.).

На рис. 6, б и в показаны схемы электрических сетей с заземленной и изолированной нейтралью.

Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью. При таком прикосновении (рис. 6, б) ток, протекающий через тело человека, определяется фазовым напряжением сети , сопротивлением тела Rч, сопротивлением Rп пола и почвы на участке от ступней ног до заземляющего устройства, сопротивлением обуви R o б и сопротивлением заземления нейтрали источника тока R 0 :

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай. Предположим, что человек, прикоснувшийся к одной фазе, стоит на сыром грунте или на проводящем (металлическом или земляном) полу; его обувь также проводящая — сырая или имеет металлические гвозди. Следовательно, можно принять Rп = 0 и R об = 0.

Поскольку сопротивление заземления нейтрали R 0 , как правило, равно 4 Ом, им без ущерба для точности подсчета можно пренебречь. В результате формула примет вид .

При линейном напряжении U л = 380 В через тело человека будет протекать ток, равный

Такой ток опасен для жизни.

Если же человек стоит на изолирующем полу (например, из метлахской плитки) в непроводящей обуви (например, резиновой), то, принимая R п = 120 000 Ом и R об = 100 000 Ом, получим

Такой ток безопасен для человека.

В действительности незагрязненные полы из метлахской плитки и резиновая обувь обладают значительно большим сопротивлением по сравнению с принятыми нами, т. е. ток, протекающий через человека, будет еще меньше.

Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. При однофазном прикосновении человека в сети, имеющей изолированную нейтральную точку (рис. 6, б), ток проходит от места контакта через тело человека, затем через обувь, пол, землю и несовершенную изоляцию проводов к двум другим фазам и далее к источнику электроэнергии. Величина тока, проходящего через тело человека, в этом случае равна

где R из — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли в Ом.

В наиболее неблагоприятном случае, когда человек стоит на проводящем полу и имеет проводящую обувь, т. е. при R п = 0 и R об = 0, формула значительно упростится:

При U л = 380 В и R из = 500 000 Ом получим

Этот ток значительно меньше тока (0,22 А), вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью. Если же принять R п = 120 000 Ом и R oб = 100 000 Ом, то ток будет еще меньше:

Следовательно, в сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости не только от сопротивления пола и обуви, но и от сопротивления изоляции проводов относительно земли: 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 прикосновение человека в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью, и, следовательно, система с изолированной нейтралью при нормальном состоянии изоляции менее опасна для человека, чем система с глухим заземлением нейтрали. Однако в линии такой системы может длительное время существовать незамеченное персоналом замыкание одной из фаз на землю. Если в это время человек прикоснется к проводу одной из двух других фаз, то окажется под полным линейным напряжением сети, что равносильно двухфазному прикосновению.

Общие требования обустройстве электросетей. Согласно Правилам устройства электроустановок в четырехпроводных сетях переменного тока и трехпроводных сетях постоянного тока выполняют глухое заземление нейтрали. Сети с изолированной нейтралью применяют при повышенных требованиях безопасности с обязательным устройством контроля изоляции сети и целости пробивных предохранителей силовых трансформаторов, позволяющих персоналу быстро обнаружить замыкание на землю, либо с устройством автоматического отключения участков, получивших замыкание на землю.

Опасность воздействия емкостного тока. В связи с тем, что каждая электрическая установка имеет емкость, необходимо учитывать также ее опасное влияние и возможное поражение током. Выше было сказано, что наименьшую опасность представляет однофазное прикосновение в системе с изолированной нейтралью при наличии качественной изоляции фаз. Однако даже в случае идеальной изоляции поражение током возможно и зависит от величины емкостного тока.

Емкость тока зависит от конструкции сети (воздушная или кабельная), напряжения и сечения проводов. При равных условиях (одинаково высоком напряжении, например, в 10 кВ) емкость жилы подземного кабеля среднего сечения относительно земли значительно больше емкости одной фазы относительно земли воздушной линии (соответственно, 0,2*10 -6 Ф/км и 0,0045*10 -6 ÷ 0,005 X 10 -6 Ф/км).

Предположим, что изоляция сети находится в таком хорошем состоянии, что токами утечки через изоляцию можно пренебречь, но сеть имеет некоторую емкость по отношению к земле. Для рассматриваемого случая схема прикосновения человека к одной фазе и образования цепи движения токов утечки через емкость показана на рис. 6, г.

Общее выражение для емкостного тока, протекающего через тело человека, будет

где jχ c — емкостное сопротивление одной фазы, выраженное в символической форме (здесь χ c = 1/(ω*C)—реактивное сопротивление емкости, где ω = 2πf— угловая частота переменного тока; f — частота тока в Гц; С—емкость фазы по отношению к земле в Ф).

Если взять модуль полного сопротивления, то ток, протекающий через тело человека:

При значительной емкости сети, которая имеет место в разветвленных и протяженных кабельных сетях, величина тока, протекающего через тело человека, может оказаться опасной для жизни. В таких случаях электрические системы с изолированной нейтралью в отношении безопасности полностью теряют преимущества перед системами с заземленной нейтралью и их следует рассматривать как равноценные. Но для сетей малой и средней протяженности однофазное прикосновение менее опасно для систем с изолированной нейтралью.

Опасность шаговых напряжений. Опасность поражения током может возникнуть вблизи места перехода тока

Шаговое напряжение

Рис. 7. Шаговое напряжение

в землю с упавшего фазного провода. В зоне растекания токов (рис. 7) человек подвергается воздействию шаговых напряжений, т. е. напряжений, обусловленных, током замыкания на землю между точками почвы, отстоящими друг от друга в зоне растекания токов на расстоянии шага. Опасность поражения в этом случае увеличивается при сокращении расстояния между человеком и местом замыкания на землю и увеличении ширины шага.

Сила тока однофазного замыкания на землю I з может быть определена по формуле величина шагового напряжения U ш по формуле

где R 0 — сопротивление рабочего заземления нейтрали в Ом;

R p — сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазного провода на землю в Ом;

ρ — удельное сопротивление грунта в Ом*см;

а — длина шага в см;

х — расстояние от места замыкания фазного провода до места измерения напряжения в см.

Определим величину шагового напряжения, воздействию которого подвергается стоящий на земле человек, если произошло замыкание на землю в сети напряжением 330/220 В с заземленной нейтралью. Сопротивление рабочего заземления R 0 = 4 Ом. Сопротивление растеканию тока в месте замыкания R р = 12 Ом (это соответствует наименьшему значению сопротивления, за исключением случая замыкания на металлическую конструкцию большой протяженности). Человек находится на расстоянии х = 4 м от точки замыкания. Величина шага а = 0,8 м. Удельное сопротивление, грунта растеканию тока ρ = 3*10 4 Ом*см.

Читайте также:  Ток в полупроводнике природа тока

Первоначально определим силу тока замыкания на землю а затем величину шагового напряжения

Параметры тока, проходящего через человека при воздействии шагового напряжения, зависят, кроме того, от сопротивлений опорной поверхности ног и обуви. Защитное действие оказывает обувь, обладающая хорошими изоляционными свойствами, например, резиновая.

Источник

Однофазное прикосновение

Однофазное (однополюсное) прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное прикосновение, но является менее опасным, поскольку напряжение, под которым оказывается человек не превышает фазного напряжения сети и ток через тело человека меньше в 1,73 раза. Кроме того, на этот ток большое влияние оказывает режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление земли, сопротивление основания (пола), на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

При нормальном режиме работы однофазной 2-х проводной сети изолированной от земли (рис. 2.10, а), у которой ёмкостью проводов относительно земли можно принять равными нулю, а сопротивления изоляции проводов равны по величине напряжение прикосновения ток, проходящий через тело человека прикоснувшегося к одному из проводов можно вычислить по формулам:

где: и токи, проходящие через сопротивления изоляции проводов и соответственно.

Учитывая, что и

тогда напряжение прикосновения:

а ток, проходящий через человека:

Так как то выражения упрощаются и примут вид:

Очевидно, что чем лучше изоляция проводов относительно земли,тем меньше опасность однофазного (и двухфазного) прикосновения к проводу.

При аварийном режиме однофазной 2-х проводной сети изолированной от земли, когда один из проводов сети замкнут на землю через сопротивление (рис. 2.10, б), которое намного меньше по сравнению с сопротивлением изоляции проводов и, которое можно принять равным нулю, напряжение прикосновения и ток через человека, прикоснувшегося к исправному проводу, будут иметь наибольшие возможные значения:

Очевидно, что при аварийном режиме работы сети (при замыкании одного провода на землю) человек, прикоснувшийся ко второму исправному проводу, оказывается под полным напряжением сети независимо от сопротивления изоляции проводов. Опасность поражения в этом случае значительно выше, чем в случае прикосновения к тому же проводу сети в период её нормально работы.

В однофазной двухпроводной сети с заземлённым проводом (рис. 2.11), ёмкостью которой можно пренебречь при прикосновении к незаземлённому проводу напряжение прикосновения и ток через тело человека определяются выражениями:

где: — сопротивление заземления провода.

Очевидно, что при человек оказывается практически под полным напряжением сети, а ток через тело человека имеет наибольшее значение.

Влияние сопротивлений и изоляции проводов сети в этом случае незначительно и ими можно пренебречь.

Необходимо отметить исключительно важное значение изоляции основания (полов и обуви) на котором стоит человек. Сопротивления обуви и пола включаются последовательно с сопротивлением тела человека . С учётом этого расчётная формула величины тока через тело человека будет иметь вид:

Прикосновение человека к заземлённому проводу ошибочно считают безопасным полагая, что напряжение этого провода относительно земли мало. В действительности же при прикосновении к заземлённому проводу (Рис. 28, б), человек оказывается под воздействием напряжения равного падению напряжения в заземлённом проводе на участке от места его заземления (А) до места касания (В):

где: — ток нагрузки, проходящий по проводу;

В нормальных условиях это напряжение не велико, а наибольшее его значение соответствует наиболее удалённой от источника точке.

При к.з. между проводами сети (рис. 2.11, в) ток резко возрастает. Очевидно, что и напряжение прикосновения возрастает практически пропорционально увеличению тока в проводе и при к.з. может достигать опасных для человека значений.

Известно, что в 3-х фазной 4-х проводной сети напряжение прикосновения приложенное к телу человека, прикоснувшегося к фазному проводу электрической сети с нейтралью (в общем случае) заземлённой через активное и индуктивное сопротивление определяется выражением:

а ток, проходящий при этом через тело человека, выражением:

где: , , , , , полные проводимости, соответственно, фазных (1,2,3) проводов, нейтрального провода (н), заземления (о) и тела человека (h), а – фазный оператор 3-х фазной системы, учитывающий сдвиг фаз.

При нормальном режиме работы сети проводимости фазных и нулевых проводов относительно земли по сравнению с незначительны и их можно приравнять к нулю, т.е.

Рис. 2.12. Прикосновение человека к одной фазе 3-х фазной сети с заземленной нейтралью.

В 3-х фазной сети с заземлённой нейтралью (рис. 2.12), цепь тока, проходящего через человека включает в себя, кроме сопротивления тела человека, ещё и сопротивление его обуви, сопротивление пола, а также сопротивление заземления источника тока. Причём все эти сопротивления включены последовательно.

Ток, проходящий через тело человека в этом случае будет определяться по формуле:

где: Uф — фазное напряжение сети, В;
Rh — cопротивление тела человека, Ом;
Rоб — сопротивление обуви человека, Ом;
Rn — сопротивление пола (основания), Ом;
R — сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом

Наиболее неблагоприятный случай будет, когда человек, прикоснувшийся к фазному проводу, имеет на ногах токопроводящую обувь (сырую или подбитую металлическими гвоздями) и стоит непосредственно на сырой земле или на токопроводящем (металлическом) полу (или на заземленной металлической конструкции). В этом случае Rоб = и Rn=0.

Ток, проходящий через тело человека будет определяться по формуле:

Обычно сопротивление заземления нейтрали (R) во много раз меньше сопротивления тела человека (Rh) и не превышает 10 Ом, им можно пренебречь, и тогда ток через тело человека можно определить по формуле:

Так, в сети с фазным напряжением 220 В при Rh=1000 Ом, ток через человека будет:

Этот ток также смертельно опасен для человека.

В случае. когда человек имеет на ногах непроводящую обувь (например, диэлектрические галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то принимая Rоб= 45000 Ом и Rn=100000 Ом, получим:

Этот ток не опасен для человека.

В действительных условиях диэлектрическая обувь и изолирующие основания обладают значительно большими сопротивлениями, и ток, проходящий человека, будет ещё меньше.

Рис. 2.13. Присоединение человека к одной фазе 3-х фазной сети с изолированной нейтралью

В сети 3-х фазной с изолированной нейтралью ток (рис. 2.13), проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением.

С учётом сопротивлений обуви (Rоб) и пола (Rn), на котором стоит человек, включенных последовательно сопротивлению тела человека (Rh), ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

где: Rиз — cопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом

При наиболее неблагоприятном случае (Rоб и Rn=0) уравнение упростится и примет вид:

Для случая сети с Uф=220 В при Rиз=90000 Ом и Rh=1000 Ом ток через тело человека будет равен:

Этот ток будет ощутимым, но не смертельным для человека.

На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что в сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости от сопротивления изоляции проводов сети относительно земли, (чем лучше изоляция, тем меньше ток, проходящий через тело человека).

Кроме того, в сети с изолированной нейтралью, ток через человека, прикоснувшегося к фазному проводу будет ограничиваться сопротивлением обуви и пола.

При Rоб=45000 Ом и Rn=100000 Ом ток через человека:

Этот ток практически безопасен для человека.

Таким образом, при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью.

Если человек прикасаться к нетоковедущим частям (к корпусу) электроустановки, то ток через него зависит и от сопротивления изоляции между корпусом и токоведущими частями. В большей степени эта зависимость проявляется при прикосновении к корпусу однофазного электроприемника в сети с глухозаземленной нейтралью. Схема замещения для этого случая приведена на рис. 2.14, где Rн –сопротивление нагрузки, Rиз – сопротивление изоляции между корпусом и токоведущими частями электроприемника.

Из схемы видно, что Rиз представляет собой дополнительное сопротивление в цепи тела человека, поэтому ток через человека будет определяться выражением:

Сопротивление изоляции в этом случае (при малом R) должно удовлетворять условию:

где: Ihq — пороговый неощутимый ток

В этом случае человек не будет ощущать воздействие электрического тока при обслуживании электроустановки.

Таким образом, на безопасность электроустановок значительное влияние оказывают сопротивления изоляции токоведущих частей относительно земли и корпусов электроустановок. Эти сопротивления нормируются. В ряде случаев нормируются не сопротивления изоляции, а токи, определяемые ими (токи утечки).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник