2.12. Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях
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.
2.12.1. 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.
2.12.2. 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
U
Iч = .
2Rч + rиз
Поскольку rиз >>Rч электробезопасность человека в этом случае определяется сопротивлением изоляции сети.
Если принять, что при случайном касании человека сети ток через него не должен превышать некоторого допустимого значения, то
U
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
Rч
Uпр U ,
Rч + rзм
Iч Uпр / Rч = U / (Rч + rзм).
Таким образом, при замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению сети независимо от сопротивления изоляции проводов, так как Rч >> rзм . В этом случае электробезопасность человека в значительной степени будет зависеть и от сопротивления пола и обуви.
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
а) - схема прикосновения,
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.