Анализ опасности поражения людей электрическим током

В промышленности для электроснабжения приме­няют трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной ней­тралью (рис. 4.43.). Эта сеть позволяет питать силовые установки — трехфазные с линейным напряжением U_л = 380В и однофазные например осветительные приборы с фазным напряжением U_ф = 220 В.

На примере этой сети дается анализ опасности поражения че­ловека электрическим током. Электрический удар, который приводит к поражению человека, возникает при замыкании цепи через тело, т. е. В случае прикосновения человека к двум точкам электриче­ской цепи, между которыми имеется напряжение.

В трехфазных четырехпроводных сетях с глухозаземленной ней­тралью возможно включение тела человека в электрическую цепь между двумя фазными проводами (рис. 4.43. б) и между одним фаз­ным проводом и землей (рис. 4.43.,в). В первом случае прикосновение называется двухфазным, во втором — однофазным прикосновением.

Рис.4.43. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной ней­тралью.

При двухфазном прикосновении, по закону Ома, через челове­ка пройдет ток (А), определяемый по следующей зависимости

(4.69.)

где U_л. — линейное напряжение, равное напряжению между фаз­ными проводами, В;

U_ф. — фазное напряжение, равное напряже­нию между началом и концом одной фазы, В;

R_h— сопротивле­ние тела человека, Ом.

Если рассматривать сети на­пряжением 380/220 В и принять R_h = 1000 Ом, то значение тока, проходящего через человека при двухфазном прикосновении, составит I_h = 0,38 А, что опасно для человека, так как вызывает при прохождение тока по пути «рука-рука» сильную боль в руках и области груди, затрудненное дыхание. При длительном протекании тока может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания. Опас­ность увеличивается еще и потому, что на пути тока, проходящего от одной руки к другой, находятся жизненно важные органы.

К двум фазам человек может прикоснуться, работая под на­пряжением на воздушных электрических линиях и на распредели­тельных щитах, с электродвигателями и сварными трансформато­рами, у которых не закрыты зажимы, а также при использовании неисправных средств защиты.

В схеме однофазного прикосновения в цепь трехфазного тока с глухозаземленной нейтралью (рис. 4.43., в) человек попадает под полное фазное напряжение. Ток, проходящий через его тело, по закону Ома, А,

(4.70.)

где R_h =1000 Ом — расчетное электрическое сопротивление чело­века; R_об приблизительно примем равным 45000 Ом — сопротивление резиновой обуви; R_п приблизительно примем равным 100000 Ом — сопротивление сухого деревянного пола; R₀ ≤10 Ом — сопротивление глухозаземленной нейтрали; U_ф =220 В — фазное напряжение.

Если принять R_об = 0 и R_п = 0, то через человека пройдет ток, равный 0.218А, что превышает 0,1 А (смертельное для человека значение тока). Если же учесть сопро­тивление обуви и пола, то сила тока, проходящего че­рез человека, не будет пре­вышать 0,0015 А, т. е. пора­жение током исключается. Поэтому при однофазном прикосновении существен­ное значение имеет сопро­тивление обуви и пола. Для защиты персонала от пора­жения током применяют ди­электрические боты, галоши, диэлектрические коврики и перчатки.

Человек может оказать­ся под напряжением, попав в зону растекания тока в земле, при обрыве провода, наличии заземляющего уст­ройства или ударе молнии истекании электрического разряда в землю (рис. 4.44.). Это напряже­ние называют напряжением шага, т. е. напряжением между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага человека.

Разность потенциалов точек земли, которых касаются ступни ног человека, составляет

(4.71.)

где U₂ и U₁ — потенциалы точек на поверхности земли, которых касаются ноги человека, В.

Рис. 4.44. Напряжение шага

Наибольшее напряжение возникает в точке А замыкания тока на землю; оно снижается в точках В₁ и В₂ по уравнению гипербо­лы. На расстоянии 1 м от точки А напряжение шага составит при­мерно 0,5...0,7 от полного, а на расстоянии 20 м оно приближается к нулю. Поэтому вводится β — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой. Тогда U_m = U_з β , где U₃ — напряжение на поверхности заземлителя.

Чем шире шаг, тем шаговое напряжение будет выше и может достигнуть опасной величины. Поэтому выходить из зоны растека­ния тока необходимо ко­роткими шагами.

На рис. 4.45. показана схема заземления элек­троустановок 1 и 2. Если на электроустановке 2 случайное электрическое замыкание на корпус, т. е. случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки, то на заземлителе 4 и наприсоединенных к нему металлических частях электроустановки 1 появится потенциал U₃.

Рис. 4.45. Напряжение прикосновения

На поверхности земли также будет потенциал, изменяющийся по кривой 3. В этом случае человек, прикасаясь к электроустановке 1, окажется под напряжением U_пр2, равным разности ординат AD и CD, являющейся только частью напряжения , т. е. того напряжения, под которым находится человек, прикоснувшийся к электроустановке 2.

Если человек будет находиться в точке О над заземлителем, то напряжение прикосновения будет равно нулю. В общем виде на­пряжение прикосновения в поле растекания заземлителя

(4.72.)

где α₁ — коэффициент напряжения прикосновения; а α₂ — коэффи­циент, учитывающий падение напряжения в дополнительных со­противлениях цепи человека.

Под напряжением прикосновения имеется в виду напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.