Znajomość procesów zachodzących w instalacjach elektrycznych pozwala inżynierom energetycznym bezpiecznie obsługiwać urządzenia o dowolnym napięciu i rodzaju prądu, przeprowadzać naprawy i konserwację instalacji elektrycznych.
Informacje przedstawione w PTB i PTE - głównych dokumentach tworzonych przez najlepszych specjalistów na podstawie analizy wypadków z udziałem osób dotkniętych niebezpiecznymi czynnikami towarzyszącymi pracy energii elektrycznej - pomagają uniknąć przypadków porażenia prądem.
Okoliczności i przyczyny narażenia człowieka na prąd elektryczny
Dokumenty zawierające wytyczne dotyczące bezpieczeństwa wyróżniają trzy grupy powodów wyjaśniających porażenie prądem pracownikom:
1. niezamierzone, niezamierzone podejście do części będących pod napięciem z odległości mniejszej niż bezpieczna lub dotykającej ich;
2. występowanie i rozwój sytuacji awaryjnych;
3. naruszenie wymagań określonych w wytycznych, które określają zasady postępowania pracowników w istniejących instalacjach elektrycznych.
Ocena niebezpieczeństwa zranienia osoby polega na określeniu przez obliczenia wielkości prądów przepływających przez ciało ofiary. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę wiele sytuacji, w których kontakty mogą wystąpić w przypadkowych miejscach instalacji elektrycznej. Ponadto przyłożone do nich napięcie zmienia się w zależności od wielu przyczyn, w tym warunków i trybów działania obwodu elektrycznego, jego charakterystyki energetycznej.
Warunki obrażeń u ludzi przez prąd elektryczny
Aby prąd przepływał przez ciało ofiary, konieczne jest utworzenie obwodu elektrycznego poprzez połączenie go z co najmniej dwoma punktami obwodu z różnicą potencjałów - napięciem. W przypadku urządzeń elektrycznych mogą wystąpić następujące warunki:
1. jednoczesne dwufazowe lub dwubiegunowe dotknięcie różnych biegunów (faz);
2. jednofazowy lub jednobiegunowy kontakt z potencjałem obwodu, gdy osoba ma bezpośrednie połączenie galwaniczne z potencjałem ziemi;
3. przypadkowy kontakt z przewodzącymi elementami instalacji elektrycznej, które zostały zasilone energią w wyniku rozwoju wypadku;
4. podlegające działaniu napięcia skokowego, gdy powstaje różnica potencjałów między punktami, w których jednocześnie znajdują się nogi lub inne części ciała.
W takim przypadku może dojść do kontaktu elektrycznego między ofiarą a częścią pod napięciem instalacji, co PUE uznaje za dotyk:
1. bezpośrednie;
2. albo pośredni.
W pierwszym przypadku jest on tworzony przez bezpośredni kontakt z częścią pod napięciem, która jest pod napięciem, aw drugim przez dotykanie nieizolowanych elementów obwodu, gdy niebezpieczny potencjał przejdzie na nie w razie wypadku.
Aby określić warunki bezpiecznego działania instalacji elektrycznej i przygotować miejsce pracy dla pracowników wewnątrz niej, konieczne jest:
1. analizować przypadki prawdopodobnego tworzenia ścieżek prądu elektrycznego przez ciało personelu;
2. Porównaj jego maksymalną możliwą wartość z aktualnymi minimalnymi akceptowalnymi standardami;
3. decyduje o wdrożeniu środków zapewniających bezpieczeństwo elektryczne.
Cechy analizy warunków porażki ludzi w instalacjach elektrycznych
Aby ocenić wielkość prądu przepływającego przez ciało ofiary w sieci napięcia stałego lub zmiennego, stosuje się następujące rodzaje oznaczeń:
1. odporności:
Rh - w ludzkim ciele;
R0 - dla urządzenia uziemiającego;
R z warstwy izolacyjnej w odniesieniu do konturu ziemi;
2. prądy:
Ih - przez ludzkie ciało;
Iz - zwarcia na ziemi;
Uc - obwód prądu stałego lub jednofazowego prądu przemiennego;
Ul - liniowy;
Uph - faza;
Upr - dotyk;
Ush - kroki.
W takim przypadku możliwe są następujące typowe schematy podłączenia ofiary do obwodów napięcia w sieci:
1. DC w:
styk jednobiegunowy styku przewodnika z potencjałem izolowanym od pętli uziemienia;
jednobiegunowy dotykający potencjału obwodu z uziemionym biegunem;
kontakt dwubiegunowy;
2. sieci trójfazowe w;
kontakt jednofazowy z jednym z potencjalnych przewodów (przypadek uogólniony);
kontakt dwufazowy.
Schematy uszkodzeń w obwodach prądu stałego
Jednobiegunowy kontakt człowieka z potencjałem izolowanym od ziemi
Pod działaniem napięcia Uc prąd serii I przepływa przez podwójny potencjał dolnego przewodnika, ciało ofiary (ramię-ramię) i obwód uziemienia poprzez podwójny opór izolacji medium.
Jednobiegunowy kontakt człowieka z uziemionym biegunem
Na tym schemacie sytuację pogarsza podłączenie do pętli uziemienia jednego potencjalnego drutu o rezystancji R0, która jest bliska zeru i znacznie mniejsza niż rezystancja ciała ofiary i warstwy izolacyjnej środowiska zewnętrznego.
Siła poszukiwanego prądu jest w przybliżeniu równa stosunkowi napięcia sieciowego do rezystancji ludzkiego ciała.
Dwubiegunowy kontakt człowieka z potencjałem sieci
Napięcie sieciowe jest przykładane bezpośrednio do ciała ofiary, a prąd płynący przez jego ciało jest ograniczony tylko przez jego niewielki opór.
Ogólne schematy pokonania w przemiennych obwodach prądu trójfazowego
Tworzenie kontaktu człowieka między potencjałem fazowym a ziemią
W ogólnym przypadku pomiędzy każdą fazą obwodu a potencjałem uziemienia występuje rezystancja i tworzona jest pojemność. Neutralny uzwojenia źródła napięcia ma uogólnioną rezystancję Zн, której wartość zmienia się w różnych układach uziemienia obwodu.
Wzory do obliczania przewodności każdego obwodu i całkowitego prądu Ih przez napięcie fazowe Uf są przedstawione na rysunku za pomocą wzorów.
Nawiązanie kontaktu człowieka między dwiema fazami
Największą wielkość i niebezpieczeństwo reprezentuje prąd przepływający przez obwód utworzony między bezpośrednimi kontaktami ciała ofiary z drutami fazowymi. W tym przypadku część prądu może przepływać ścieżką przez ziemię i oporność izolacji ośrodka.
Funkcje dotyku dwufazowego
W obwodach prądu stałego i trójfazowego prądu przemiennego stykanie się dwóch różnych potencjałów jest najbardziej niebezpieczne. Dzięki temu schematowi osoba znajduje się pod wpływem największego napięcia.
W obwodzie ze źródłem zasilania o stałym napięciu wielkość prądu przepływającego przez ofiarę oblicza się według wzoru Ih \u003d Uc / Rh.
W trójfazowej sieci prądu przemiennego wartość ta jest obliczana ze stosunku Ih \u003d Ul / Rh \u003d √3 Uf / Rh.
Wierząc w to średni opór elektryczny ludzkiego ciała wynosi 1 kiloohm, obliczamy prąd występujący w sieci napięcia stałego i przemiennego o wartości 220 woltów.
W pierwszym przypadku będzie to: Ih \u003d 220/1000 \u003d 0,22A. Ta wartość 220 mA wystarcza, aby ofiara uległa konwulsyjnemu skurczowi mięśni, gdy nie jest już w stanie uwolnić się od skutków przypadkowego kontaktu - prądu trzymającego.
W drugim przypadku Ih \u003d (220 1.732) / 1000\u003d 0,38 A. Przy tej wartości 380 mA istnieje śmiertelne niebezpieczeństwo uszkodzenia.
Zwracamy również uwagę na fakt, że w naprzemiennej sieci napięcia trójfazowego pozycja neutralna (może być odizolowana od ziemi lub odwrotnie - zwarta) ma bardzo niewielki wpływ na prąd Ih. Jego główny udział nie przebiega przez łańcuch ziemi, ale między potencjałami faz.
Jeśli dana osoba użyła sprzętu ochronnego, który zapewnia niezawodną izolację od konturu ziemi, wówczas w takiej sytuacji będą bezużyteczne i nie pomogą.
Funkcje dotyku jednofazowego
Trójfazowe zasilanie z uziemionym punktem zerowym
Ofiara dotyka jednego z przewodów fazowych i wpada pod różnicę potencjałów między nim a obwodem ziemskim. Takie przypadki występują najczęściej.
Chociaż napięcie fazowe względem ziemi jest 1,732 razy mniejsze niż liniowe, ten przypadek pozostaje niebezpieczny. Pogorszenie stanu ofiary może:
tryb neutralny i jakość jego połączenia;
rezystancja elektryczna warstwy dielektrycznej drutów względem potencjału ziemi;
rodzaj buta i jego właściwości dielektryczne;
odporność na glebę w miejscu ofiary;
inne powiązane czynniki.
Bieżącą wartość Ih w tym przypadku można ustalić na podstawie stosunku:
Ih \u003d Uph / (Rh + Rob + Rn + R0).
Przypomnijmy, że rezystancje ludzkiego ciała Rh, buty Rob, podłoga Rп i uziemienie przy neutralnym R0 są akceptowane w omach.
Im mniejszy mianownik, tym silniejszy prąd. Jeśli pracownik nosi buty przewodzące, na przykład mokre stopy lub podeszwy są wyłożone metalowymi gwoździami, a ponadto znajduje się na metalowej podłodze lub wilgotnym podłożu, możemy założyć, że Rob \u003d Rn \u003d 0. Zapewnia to najgorszy przypadek dla życia ofiary.
Ih \u003d Uph / (Rh + R0).
Przy napięciu fazowym 220 woltów otrzymujemy Ih \u003d 220/1000 \u003d 0,22 A. Lub prąd śmiertelnego niebezpieczeństwa 220 mA.
Teraz obliczymy opcję, gdy pracownik użyje sprzętu ochronnego: obuwia dielektrycznego (Rob \u003d 45 kOhm) i podstawy izolacyjnej (Rp \u003d 100 kOhm).
Ih \u003d 220 / (1000 + 45000 + 10000) \u003d 0,0015 A.
Otrzymano bezpieczną wartość prądu 1,5 mA.
Sieć trójfazowa z izolowanym punktem zerowym
Nie ma bezpośredniego połączenia galwanicznego między punktem zerowym źródła prądu a potencjałem ziemi. Napięcie fazowe przykładane jest do rezystancji warstwy izolacyjnej Riz, która ma bardzo wysoką wartość, która jest monitorowana podczas pracy i jest stale utrzymywana w dobrym stanie.
Łańcuch przepływu prądu przez ludzkie ciało zależy od tej wartości w każdej fazie. Jeśli weźmiemy pod uwagę wszystkie warstwy aktualnego oporu, wówczas jego wartość można obliczyć ze wzoru: Ih \u003d Uf / (Rh + Rob + Rp + (Rb / 3)).
W najgorszym przypadku, gdy zostaną stworzone warunki maksymalnej przewodności przez buty i podłogę, wyrażenie przyjmie postać: Ih \u003d Uf / (Rh + (Rf / 3)).
Jeśli weźmiemy pod uwagę sieć 220 woltów z izolacją warstwową 90 kOhm, otrzymamy: Ih \u003d 220 / (1000+ (90000/3)) \u003d 0,007 A. Taki prąd o wartości 7 mA będzie się dobrze czuł, ale nie będzie w stanie spowodować śmiertelnego uszkodzenia.
Pamiętaj, że w tym przykładzie umyślnie przeoczyliśmy opór podłoża i butów. Jeśli weźmiemy je pod uwagę, prąd spadnie do bezpiecznej wartości, rzędu 0,0012 A lub 1,2 mA.
Wyniki:
1. W izolowanych obwodach neutralnych łatwiej jest zapewnić bezpieczeństwo pracowników. Zależy to bezpośrednio od jakości warstwy dielektrycznej drutów;
2. W tych samych okolicznościach, dotykając potencjału jednej fazy, obwód z uziemionym punktem zerowym jest bardziej niebezpieczny niż z izolowanym.
Rozważmy przypadek dotknięcia metalowej obudowy urządzenia elektrycznego, jeśli izolacja warstwy dielektrycznej przy potencjale fazowym zostanie przerwana w środku. Kiedy człowiek dotknie tego ciała, wówczas prąd przepłynie przez jego ciało do ziemi, a następnie przez przewód neutralny do źródła napięcia.
Równoważny obwód pokazano na poniższym obrazku. Rezystancja Rн ma obciążenie utworzone przez urządzenie.
Rezystancja izolacji R razem z R0 i Rh ogranicza prąd styku międzyfazowego. Wyraża się to stosunkiem: Ih \u003d Uf / (Rh + R od + Ro).
Co więcej, z reguły nawet na etapie projektu, wybierając materiały dla przypadku, gdy R0 \u003d 0, starają się spełnić warunek: Rf\u003e (Uph / Ihg) -Rh.
Wartość Ihg nazywa się progiem niezauważalnego prądu, którego wartości osoba nie poczuje.
Podsumowujemy: rezystancja warstwy dielektrycznej wszystkich części przewodzących prąd względem pętli uziemienia określa stopień bezpieczeństwa instalacji elektrycznej.
Z tego powodu wszystkie takie rezystancje są znormalizowane i uwzględniane w zatwierdzonych tabelach. W tym samym celu nie znormalizowane są same rezystancje izolacji, ale prądy upływowe przepływające przez nie podczas testów.
Napięcie kroku
W instalacjach elektrycznych z różnych powodów może wystąpić wypadek, gdy potencjał fazowy bezpośrednio dotknie pętli uziemienia. Jeśli na napowietrznej linii energetycznej pęknie jeden z drutów pod wpływem różnego rodzaju obciążeń mechanicznych, to właśnie w tym przypadku objawia się podobna sytuacja.
Jednocześnie w punkcie zetknięcia drutu z ziemią generowany jest prąd, który tworzy strefę rozproszenia wokół punktu zetknięcia - obszar, na którego powierzchni pojawia się potencjał elektryczny. Jego wartość zależy od prądu zwarciowego Iz i określonego stanu gleby r.
Osoba znajdująca się w granicach tej strefy znajduje się pod wpływem napięcia krokowego Uш, jak pokazano w lewej połowie obrazu. Obszar strefy wysiewu jest ograniczony konturem, w którym potencjał jest nieobecny.
Wartość napięcia krokowego oblicza się według wzoru: Uш \u003d Uз ∙ β1 ∙ β2.
Uwzględnia napięcie fazowe w miejscu rozpraszania prądu - U U, które jest określone przez współczynniki charakterystyki napięcia rozpraszającego β1 oraz wpływ rezystancji butów i nóg β2. Wartości β1 i β2 są publikowane w podręcznikach.
Wartość prądu przepływającego przez ciało ofiary jest obliczana przez wyrażenie: Ih \u003d (Uз з β1 ∙ β2) / Rh.
Po prawej stronie figury w pozycji 2 ofiara styka się z potencjałem drutu zwartego do masy. Wpływ na to ma różnica potencjałów między punktem dotyku ręki a konturem ziemi, wyrażona napięciem dotykowym Upr.
W tej sytuacji prąd oblicza się za pomocą wyrażenia: Ih \u003d (U.s. ∙ α) / Rh
Współczynnik rozprzestrzeniania α może wynosić od 0 ÷ 1 i uwzględniać cechy wpływające na Upr.
W rozpatrywanej sytuacji obowiązują te same wnioski, co przy tworzeniu jednofazowego kontaktu dla ofiar w normalnej pracy instalacji elektrycznej.
Jeśli dana osoba znajduje się poza bieżącą strefą rozprzestrzeniania, to znajduje się w strefie bezpiecznej.
Wszystkie przypadki porażenia prądem na skutek porażenia prądem są wynikiem dotknięcia co najmniej dwóch punktów obwodu elektrycznego, między którymi istnieje różnica potencjałów. Niebezpieczeństwo takiego dotknięcia zależy w dużej mierze od cech sieci elektrycznej i obwodu do podłączenia do niej osoby. Po określeniu siły prądu / h przechodzącego przez osobę, biorąc pod uwagę te czynniki, można wybrać odpowiednie środki ochronne, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia.
Dwufazowe włączenie osoby do obwodu prądowego (ryc. 8.1, a). Występuje raczej rzadko, ale jest bardziej niebezpieczny w porównaniu z jednofazowym, ponieważ najwyższe napięcie jest przykładane do ciała - liniowe, a siła prądu A przechodząca przez osobę nie zależy od obwodu sieci, jego trybu neutralnego i innych czynników, to znaczy
I \u003d Ul / Rh \u003d v 3Uf / Rh,
gdzie Uл i Uф - napięcie liniowe i fazowe, V; Rch jest oporem ludzkiego ciała, Ohm (zgodnie z zasadami instalacji elektrycznej w obliczeniach, przyjmuje się, że Rch wynosi 1000 Ohm).
Przypadki kontaktu dwufazowego mogą wystąpić podczas pracy ze sprzętem elektrycznym bez zmniejszania napięcia, na przykład podczas wymiany przepalonego bezpiecznika przy wejściu do budynku, używania rękawic dielektrycznych z gumowymi pęknięciami, mocowania kabla do niezabezpieczonych zacisków transformatora spawalniczego itp.
Włączenie jednofazowe. Na prąd przepływający przez osobę wpływają różne czynniki, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia w porównaniu z dotykiem dwufazowym.
Figa. 1. Schematy możliwego włączenia osoby do sieci prądu trójfazowego: a - dotyk dwufazowy; b - dotyk jednofazowy w sieci z uziemionym punktem zerowym; c - dotyk jednofazowy w sieci z izolowanym punktem zerowym
W jednofazowej sieci dwuprzewodowej izolowanej od ziemi natężenie prądu A przechodzącego przez osobę przy równej rezystancji izolacji drutów względem ziemi r1 \u003d r2 \u003d r jest określone wzorem
ICh \u003d U / (2Rch + r),
gdzie U jest napięciem sieciowym, V; r oznacza rezystancję izolacji, Ohm.
W sieci trójprzewodowej z izolowanym punktem zerowym przy r1 \u003d r2 \u003d r3 \u003d r prąd płynie od miejsca kontaktu przez ciało ludzkie, buty, podłogę i niedoskonałą izolację do innych faz (ryc. 8.1, b). Następnie
Ich \u003d Uf / (Ro + r / 3),
gdzie R® jest całkowitym oporem, Ohm; RO \u003d Rh + Rop + Rp; Rob - odporność na buty, cm: do butów gumowych Rob? 50 000 omów; Rn - rezystancja podłogi, Ohm: dla suchej drewnianej podłogi, Rп \u003d 60 000 Ohm; g - rezystancja izolacji przewodów, Ohm (zgodnie z PUE powinna wynosić co najmniej 0,5 MΩ na fazę odcinka sieci przy napięciu do 1000 V).
W trójfazowych sieciach czteroprzewodowych prąd przepływa przez osobę, jej buty, podłogę, zerowe uziemienie źródła i przewód neutralny (ryc. 8.1, c). Siła prądu, A, przechodzącego przez osobę,
Ih \u003d Uph (Ro + Rn),
gdzie RH oznacza neutralny opór uziemienia, Ohm. Pomijając oporność RH, otrzymujemy:
W przedsiębiorstwach rolniczych stosowane są głównie czteroprzewodowe sieci elektryczne o zerowym napięciu zerowym do 1000 V. Ich zaletą jest to, że za ich pomocą można uzyskać dwa napięcia robocze: liniowe Ul \u003d 380 V i faza Uf \u003d 220 V. wysokie wymagania dotyczące jakości izolacji drutów i są one stosowane w dużej sieci rozgałęziającej. Nieco rzadziej używają sieci trójprzewodowej z izolowanym punktem zerowym przy napięciach do 1000 V - bezpieczniej, jeśli rezystancja izolacji drutów zostanie utrzymana na wysokim poziomie.
Napięcie dotykowe. Występuje w wyniku dotknięcia instalacji elektrycznej pod napięciem lub metalowych części urządzenia.
Jeśli prąd elektryczny przepływa przez elektrodę uziemienia zanurzoną w ziemi, tak że jej górny koniec znajduje się na poziomie gruntu, wówczas napięcie styku, V,
gdzie I3 jest prądem ziemnozwarciowym, A; c - rezystywność podstawy (gleby, podłogi itp.), na której znajduje się osoba, Ohm * m; l i d są długością i średnicą uziemionej elektrody, m; x jest odległością od osoby do środka systemu elektrod uziemiających, m; oraz - współczynnik napięcia stykowego.
b \u003d Rch / (Rch + Rob + Rn) \u003d Rch / Ro.
Pomijając odporność buta (gdy jest mokry lub w przypadku jego braku), możesz zapisać w następujących przypadkach:
stopy są usuwane względem siebie w odległości kroku
b \u003d 1 / (1 + 1,5s / Rh);
stopy są blisko
b \u003d 1 / (1 + 2s / Rh).
Napięcie krokowe. Jest to napięcie Ush na ludzkim ciele, gdy nogi znajdują się w punktach pola rozprzestrzeniającego się prądu od elektrody uziemiającej lub od drutu, który spadł na ziemię, gdzie znajdują się stopy, gdy osoba idzie w kierunku elektrody uziemiającej (drutu) lub z dala od niej (ryc. 8.2).
Jeśli jedna noga znajduje się w odległości x od środka elektrody uziemiającej, wówczas druga znajduje się w odległości x + a, gdzie a jest długością kroku. Zwykle w obliczeniach wziąć \u003d 0,8 m.
Maksymalne napięcie w tym przypadku występuje w punkcie zamknięcia prądu do ziemi, a gdy się od niego odsuwa, zmniejsza się zgodnie z prawem hiperboli. Uważa się, że w odległości 20 m od punktu zamknięcia potencjał ziemski wynosi zero.
Napięcie krokowe, V.
Figa. 2)
Nawet przy małym napięciu krokowym (50 ... 80 V) może wystąpić mimowolne konwulsyjne skurcze mięśni nóg, w wyniku czego osoba upada na ziemię. W tym samym czasie jednocześnie dotyka ziemi dłońmi i stopami, których odległość jest większa niż długość kroku, więc wzrasta napięcie prądu. Ponadto w tej pozycji człowieka powstaje nowa ścieżka przepływu prądu, wpływająca na ważne narządy. Stwarza to realne zagrożenie śmiercią. Gdy długość kroku maleje, napięcie kroku maleje. Dlatego, aby wydostać się ze strefy działania napięcia krokowego, należy poruszać się, skacząc na jednej nodze lub na dwóch zamkniętych nogach lub jak najkrótszych krokach (w tym drugim przypadku napięcie nie większe niż 40 V jest uważane za dopuszczalne).
Wielu z nas od dzieciństwa pamięta, że \u200b\u200bnagi poszarpany drut, który spadł na ziemię, jest bardzo niebezpieczny. Pamiętam różne namiętne twarze związane z deszczową pogodą i niefortunnymi ofiarami, które nawet nie miały „szczęścia”, by dotknąć metalu, który był pod napięciem i spowodował ich obrażenia. W sumie udało im się przejść niebezpiecznie blisko uszkodzonej linii - i okazało się to więcej niż wystarczające.
Ale co to za zjawisko, dzięki któremu drut leżący „niewinnie” leżący z boku staje się śmiertelnym zagrożeniem? Wszyscy wiedzą, że tylko prąd elektryczny przepływający przez jego ciało może spowodować porażenie prądem. A prąd elektryczny potrzebuje jasnej ścieżki. Konieczne są co najmniej dwa punkty przyłożenia na ciele pecha: jeden z nich to faza, z której może płynąć prąd, a drugi to zero, gdzie może swobodnie iść.
Ale przepraszam, co to jest „faza”? Cóż, „zero” jest nadal zrozumiałe, ale skąd bierze się „faza”, jeśli osoba spokojnie chodzi po ziemi i nawet nie dotyka żadnych przewodów? Wygląda na to, że nie ma nic takiego - to tylko mokra ziemia. Na przykład ścieżka. Cóż, tak, obdarty z fazy drut leży w pobliżu w krzakach. Ale zamknął się również bezpośrednio na ziemi - obwód nie obejmuje pieszego spaceru i prąd nie powinien przez niego przechodzić. Ale tylko tak się wydaje.
Nie byłoby się czego obawiać, gdyby Ziemia była doskonałym przewodnikiem o oporności zbliżonej do rezystancji metalu. Następnie przerwanie drutu i upadek na ziemię zakończyłyby się banalnym zwarciem.
Zabezpieczenie nadprądowe zadziałałoby, lub rozdarty drut spłonąłby, ale w każdym razie nie trwałoby to długo. Ale tak naprawdę oporność elektryczna gleby wynosi co najmniej 60 Ohm * m, a najczęściej więcej, nawet gdy jest mokro i pada deszcz. Dlatego, gdy przyczyna pęka i jest zwarta do ziemi dla prądu elektrycznego, powstaje po prostu nowy obwód: drut fazowy - ziemia - uziemiony punkt zerowy transformatora.
Z powodu niezbyt wysokiej przewodności ziemi prąd musi ciężko pracować, aby przejść przez ten obwód, ale nie ma żadnych opcji. Obecny „chętnie skorzystałby” z innej „równoległej drogi”, która pozwoliłaby mu skrócić ścieżkę. A ciało pieszego może stać się tak drogie.
Mówiąc naukowo, na jedynej znaczącej rezystancji obwodu neutralnego drutu - ziemi - mokrej glebie - występuje spadek napięcia (zmiana potencjału elektrycznego) z 220 woltów w pobliżu zerwanego drutu do zera w punkcie zerowym transformatora.
Ten spadek występuje nieliniowo, ale chodzi o to, że im bliżej drutu, tym szybciej rośnie potencjał ziemi. Oznacza to, że im bliżej punktu klifu, tym większa różnica potencjałów między dwoma punktami powierzchni znajdującymi się w pewnej odległości. A niefortunny przechodzień może stać jedną stopą na pierwszym z tych punktów, a drugą stopą na drugim z nich. W tym przypadku, oczywiście, przyjmie on powstałą różnicę potencjałów, a może to okazać się prawie całym napięciem fazowym, jeśli drut jest blisko.
Oczywiście tam, gdzie pojawiło się napięcie, prąd tam nie będzie czekał. To wszystko. Przechodzień, nie zdając sobie sprawy z powagi swojej sytuacji, zostaje porażony prądem, prawdopodobnie śmiertelnie.
Napięcie powstające w takich przypadkach między stopami osoby nazywa się „napięciem krokowym” lub „napięciem krokowym” i istnieją pewne środki, aby z nim walczyć.
Najbardziej wiarygodnym z tych środków jest wyrównanie potencjałów. Jednocześnie powierzchnia gruntu, na której możliwy jest wypadek z awarią fazową uziemienia, jest wyposażona w siatkę uziemionych przewodów ułożonych bezpośrednio pod powierzchnią.
Działa to bardzo prosto: potencjał przewodnika we wszystkich punktach jest zawsze taki sam, więc przebywanie na takiej sieci jest po prostu niemożliwe do uzyskania pod napięciem. Wyrównanie potencjałów odbywa się na terenie otwartych rozdzielnic (rozdzielnice zewnętrzne) oraz w innych potencjalnie niebezpiecznych miejscach.
Niestety nie można wyposażyć każdej podpory linii przesyłowej w potencjalną siatkę wyrównawczą. Dlatego każda osoba, która nie jest nawet elektrykiem, musi zachować czujność: zwracaj uwagę na stan linii energetycznych wokół siebie, szczególnie w deszczową pogodę. Zwróć uwagę na swoje uczucia: jeśli jesteś „ściśnięty”, a nawet „wstrząśnięty” podczas chodzenia, jest to dość pewny znak efektu napięcia krokowego.
Po uświadomieniu sobie, że znajdujesz się w strefie możliwego wpływu napięcia krokowego, musisz spróbować się z niego wydostać. Ale należy to zrobić krokiem gęsim - umieszczając piętę stopy, po której idziesz, do palca stopy, na której stoisz. Dlatego podczas chodzenia obie nogi będą prawie w tym samym punkcie z jednym potencjałem elektrycznym - napięcie między nimi nie powstanie.
Analiza bezpieczeństwa elektrycznego
Analiza warunków bezpieczeństwa elektrycznego polega na określeniu wielkości prądu przepływającego przez ciało ludzkie (Ih) dla konkretnego przypadku.
Porównując obliczone wartości prądu w ciele ludzkim z wartością warunkowo bezpiecznego prądu (10 mA), dochodzimy do wniosku, że ten przypadek jest niebezpieczny. Jeśli wielkość prądu przepływającego przez ludzkie ciało przekracza wielkość warunkowo bezpiecznego prądu, przypadek uważa się za niebezpieczny. Jeśli nie, nie niebezpieczne. Ponieważ osoba w większości przypadków korzysta z sieci do 1000 V, a sieci te z reguły mają małą długość, pojemność drutów fazowych względem ziemi można pominąć, biorąc pod uwagę, że rezystancja izolacji drutów (R out) względem ziemi jest czysto aktywna.
Prąd przepływający przez ciało ludzkie można określić w następujący sposób:
I h \u003d U pr / R h
Złożoność obliczeń polega na znalezieniu napięcia dotykowego (U CR). Aby znaleźć tę wartość, uciekają się do tej metody: określają ścieżkę prądu przez ludzkie ciało, z której znajdują źródło napięcia i oporu, przez które przepływa prąd.
Najbardziej charakterystyczne są dwa schematy przełączania: między dwoma przewodami i między jednym przewodem a uziemieniem.
W odniesieniu do sieci prądu przemiennego pierwszy obwód jest zwykle nazywany włączeniem dwufazowym, a drugi jednofazowy.
9.1.1 Włączenie dwufazowe
Przełączanie dwufazowe z reguły jest bardziej niebezpieczne, ponieważ najwyższe napięcie jest przykładane do ciała ludzkiego - liniowe, a zatem przez ciało ludzkie przepływa duży prąd (ryc. 9.1.).
Rycina 9.1. Dwufazowe włączenie osoby do sieci.
gdzie, h - prąd przez ludzkie ciało
U ol - dotyk napięcia
Dla sieci 380/220
Prąd jest niebezpieczny dla ludzkiego życia
9.1.2 Włączenie jednofazowe.
Przełączanie jednofazowe występuje znacznie częściej, ale jest mniej niebezpieczne, ponieważ napięcie, pod którym dana osoba nie przekracza fazy. Ponadto wartość neutralnego źródła prądu, rezystancja izolacji drutów względem ziemi, rezystancja podłogi, na której stoi osoba, rezystancja butów osoby i inne czynniki również wpływają na wartość prądu przez ciało ludzkie.
9.1.2.1. Sieć jednofazowa.
Rycina 9.3. Obwód włączenia
Rycina 9.4. Równoważny obwód
Prąd w ludzkim ciele można znaleźć jako:
Z wyrażenia możemy wywnioskować:
1. Im wyższy opór izolacji względem ziemi, tym mniejsze ryzyko jednofazowego kontaktu z drutem
2. Dotykanie osoby drutem o dużej rezystancji izolacji jest bardziej niebezpieczne, ponieważ Napięcie dotykowe będzie większe.
9,1 1,2. Trójfazowa sieć trójprzewodowa z izolowanym punktem zerowym:
Rozważ dwa tryby sieciowe:
a) Normalna praca (rezystancja izolacji ma wielką (znormalizowaną) wartość.
Rycina 9.5. Włączenie jednofazowe do sieci 3-fazowej
z izolowanym punktem neutralnym
Jeśli rezystancja izolacji jest równa R od 1 \u003d R od 2 \u003d R od 3, wielkość prądu przez ludzkie ciało jest określona przez wyrażenie
W takich sieciach niebezpieczeństwo dla osoby dotykającej drutu w normalnym stanie sieci zależy od rezystancji izolacji. Im większy, tym mniejsze niebezpieczeństwo. Dlatego bardzo ważne jest w takich sieciach zapewnienie wysokiej rezystancji izolacji i monitorowanie jej stanu w celu szybkiego wykrycia i wyeliminowania uszkodzeń.
Według PES rezystancja izolacji drutów względem ziemi w instalacjach do 1000 V nie powinna być mniejsza niż 500 kB.
b) W trybie awaryjnym - zamknięcie jednej z faz do ziemi poprzez małą odporność na uszkodzenia - R Zm. (rysunek 9.6.)
Rysunek 9.6 Awaria sieci
Zwykle R zm jest w zakresie od 50 do 200 omów.
Prąd przepływający przez ciało ludzkie, podobnie jak w trybie normalnym, będzie również przepływał przez rezystancję izolacji drutów względem ziemi, ale jego wartość będzie znacznie mniejsza niż prąd przepływający przez rezystancję małego obwodu. Dlatego wielkość prądu przepływającego przez rezystancję izolacji można pominąć i można założyć, że prąd płynie tylko przez rezystancję obwodu i ciało ludzkie.
To jest bardzo niebezpieczne.
9.1.2.3. Trójfazowa sieć trójprzewodowa z uziemionym punktem zerowym:
Głuchy uziemiony to przewód zerowy transformatora lub generatora podłączonego bezpośrednio do urządzenia uziemiającego lub poprzez niską rezystancję (na przykład przekładnik prądowy).
a) Normalna praca
Rycina 9.7.
Neutralny opór uziemienia R ® jest znormalizowany w zależności od maksymalnego napięcia sieciowego.
Przy U l \u003d 660 V, R о \u003d 2Ом, przy U l \u003d 380 V, R о \u003d 4Ом, przy U l \u003d 220 V, R о \u003d 8Ом
Prąd przepływający przez ciało ludzkie i rezystancja izolacji drutów mogą być pomijane w porównaniu z prądem przepływającym przez ciało ludzkie i niskim neutralnym oporem uziemienia. Wielkość tego prądu określa się na podstawie wyrażenia:
Z wyrażenia wynika, że \u200b\u200bw sieci z uziemionym punktem zerowym podczas normalnej pracy sieci dotykanie jednego z przewodów jest bardziej niebezpieczne niż dotykanie normalnie działającej sieci izolowanym przewodem nieobojętnym.
b) W trybie awaryjnym, gdy jedna z faz sieci jest zwarta do masy przez niewielką rezystancję R s (rysunek 9.8.).
Rycina 9.8.
Analizując ten przypadek, możemy wyciągnąć następujące wnioski:
2. Jeśli weźmiemy R mniej więcej równe 0, wówczas osoba będzie pod napięciem fazowym.
W rzeczywistych warunkach R zm i R always są zawsze większe od zera, dlatego osoba dotykająca drutu w trybie awaryjnym sieci jest pod napięciem mniejszym niż liniowy, ale większy niż fazowy.
1) Jednofazowy kontakt z przewodem sieciowym z izolowanym punktem zerowym z dobrą izolacją (ryc. 1):
Ryc. 1 - Jednofazowe włączenie osoby do sieci elektrycznej.
Prąd przepływający przez osobę I h wraca do źródła prądu przez izolację przewodów sieci, która w dobrym stanie ma dużą rezystancję izolacji R out. Do 1000 V R wynosi 0,5 MΩ lub więcej. Prąd przepływający przez ludzkie ciało jest określony przez wyrażenie:
(1)
gdzie R h jest oporem ludzkiego ciała, w obliczeniach wzięto 1000 omów;
R od - rezystancja izolacji faz względem ziemi;
U f - napięcie fazowe
Biorąc pod uwagę opór buta R około i płeć R p zawarte w szeregu z oporem ludzkiego ciała R h, prąd przepływający przez osobę będzie równy:
(2)
2) Jednofazowy dotyk do przewodu sieciowego z uziemionym punktem zerowym (ryc. 2):
Rysunek 2 - Jednofazowy dotyk sieci z uziemionym punktem zerowym
Wielkość prądu przesyłanego przez osobę zależy tylko od oporu ludzkiego ciała, wartości rezystancji izolacji drutów nie wpływają na prąd przepływający przez ludzkie ciało.
, (3)
gdzie R 0 jest neutralnym oporem uziemienia. Gdy Ul \u003d 380 V R 0 nie przekracza 4 0 m, można to pominąć w obliczeniach. W tym przypadku odporność podłogi i obuwia odgrywa dużą rolę w bezpieczeństwie ludzi, ponieważ są połączone szeregowo z osobą w szeregu.
(4)
Gdy R p \u003d 0, a R około \u003d 0
Ja = = 0,22 I = 220 mama> 100 mama >> 10 mama ,
to jest bardzo niebezpieczne!
Gdy faza jest zwarta do ziemi, sieć z izolowanym punktem zerowym (ryc. 4) jest bardziej niebezpieczna niż sieć z uziemieniem (ryc. 5). Ponieważ w sieci z izolowanym punktem zerowym napięcie powodujące wielkość prądu przepływającego przez ciało ludzkie wynosi Ul, aw sieci z uziemionym punktem zerowym leży w:
U l\u003e U ol\u003e U f
Rysunek 4 - Sieć z izolowanym punktem neutralnym
Ja= 
, (7)
gdzie R h jest oporem ludzkiego ciała;
R zm - odporność na zwarcie doziemne
W przypadku awarii fazy na obudowie urządzenia, która w normalnych warunkach nie powinna być zasilana energią, osoba pracująca z tym sprzętem znajduje się w jednofazowym trybie dotykowym. W celu ochrony przed porażeniem prądem w sieci z obowiązuje izolowany przewód neutralny uziemienie ochronne (ryc. 6).
Rysunek 5 - Sieć z uziemionym punktem zerowym
Ziemia ochronna
Uziemienie ochronne jest wykonywane w celu zapewnienia bezpieczeństwa ludzi w przypadku naruszenia izolacji części będących pod napięciem. Uziemienie służy również do ochrony przed elektrycznością elektryczną urządzeń elektrycznych, budynków i budowli.
Uziemienie ochronne to celowe połączenie z ziemią lub jej równoważnymi metalowymi częściami sprzętu, które w normalnych warunkach nie są pod napięciem, ale mogą być pod napięciem z powodu awarii izolacji instalacji elektrycznych.
Efekt uziemienia ochronnego polega na tym, że zmniejsza napięcie między obudową urządzenia, która została pod napięciem, a uziemieniem do bezpiecznej wartości.
Wyjaśnijmy to na przykładzie sieci z izolowanym punktem neutralnym (ryc. 6). Jeśli obudowa sprzętu elektrycznego nie jest uziemiona i ma kontakt z fazą, wówczas dotknięcie takiej osoby jest równoznaczne z włączeniem jednofazowym. Jeśli obudowa jest uziemiona, wówczas potencjał obudowy względem ziemi spada do bezpiecznej małej wartości.
Rysunek 6 - Uziemienie ochronne
Konieczne jest uziemienie metalowych części instalacji elektrycznych, obudów maszyn elektrycznych, transformatorów, aparatów, opraw oświetleniowych, napędów aparatów elektrycznych, uzwojeń wtórnych transformatorów pomiarowych, ram rozdzielnic, paneli sterowania, szafek itp.
Uziemienie ochronne stosuje się w trójfazowych sieciach trójprzewodowych do 1000 V z izolowanym punktem zerowym oraz w sieciach o napięciu 1000 V i wyższym - w dowolnym trybie neutralnym (ryc. 3.18).
Przepływ prądu przez osobę jest konsekwencją jego dotknięcia co najmniej dwóch punktów obwodu elektrycznego, między którymi występuje pewna różnica potencjałów (napięcie).
Niebezpieczeństwo takiego dotknięcia jest niejednoznaczne i zależy od wielu czynników:
schematy podłączania osoby do obwodu elektrycznego;
napięcie sieciowe;
schematy samej sieci;
tryb neutralny sieci;
stopień izolacji żywych części od ziemi;
pojemność części pod napięciem w stosunku do ziemi.
Klasyfikacja sieci do 1000 V.
Sieci jednofazowe
Sieci jednofazowe są podzielone na dwuprzewodowe i jednoprzewodowe.
Dwuprzewodowy
Sieci dwuprzewodowe są podzielone na izolowane od ziemi i uziemionego drutu.
Odizolowany od ziemi
Z uziemionym drutem
Sieci te są szeroko stosowane w gospodarce narodowej, zaczynając od zasilania przenośnego przyrządu niskiego napięcia, a kończąc na mocy potężnych odbiorców jednofazowych.
Pojedynczy drut
W przypadku sieci jednoprzewodowej rolę drugiego drutu pełnią uziemienie, szyna itp.
 |
| Sieć jednofazowa. Pojedynczy drut |
Sieci te były wykorzystywane głównie w zelektryfikowanym transporcie (lokomotywy elektryczne, tramwaje, metro itp.).
Sieć trójfazowa
W zależności od trybu neutralnego źródła prądu i obecności przewodu neutralnego lub neutralnego można wykonać na cztery sposoby.
Punkt neutralny źródła prądu - punkt, w którym napięcia we wszystkich fazach są takie same w wartości bezwzględnej.
Źródło prądu zerowego - uziemiony punkt neutralny.
Przewód podłączony do punktu neutralnego nazywa się przewodnikiem neutralnym (neutralnym), a do punktu zerowego nazywa się przewodnikiem neutralnym.
1. Sieć trójprzewodowa z izolowanym punktem zerowym
2. Trzyprzewodowy uziemiony przewód neutralny
3. Sieć czteroprzewodowa z izolowanym punktem zerowym
4. Sieć czteroprzewodowa z uziemionym punktem zerowym
Przy napięciach do 1000 V w naszym kraju stosowane są schematy „1” i „4”.
Schematy podłączenia osoby do obwodu elektrycznego
Dwufazowy dotyk - między dwiema fazami sieci elektrycznej. Z reguły najbardziej niebezpieczny, ponieważ występuje napięcie sieciowe. Te przypadki są jednak dość rzadkie.
Dotyk jednofazowy - między fazą a ziemią. Zakłada się, że istnieje połączenie elektryczne między siecią a ziemią.
Aby uzyskać więcej informacji na temat schematów włączania osoby do łańcucha, patrz P. Dolin. Podstawy bezpieczeństwa w instalacjach elektrycznych.
Sieci jednofazowe
Odizolowany od ziemi
Tryb normalny
Im lepsza izolacja drutów względem ziemi, tym mniejsze ryzyko jednofazowego kontaktu z drutem.
Dotykanie osoby drutem o dużej rezystancji izolacji elektrycznej jest bardziej niebezpieczne.
Tryb awaryjny
Kiedy drut jest zwarty do ziemi, osoba, która dotyka drutu nadającego się do naprawy, znajduje się pod napięciem równym prawie pełnemu napięciu w linii, niezależnie od rezystancji izolacji drutów.
Z uziemionym drutem
Dotknięcie nieuziemionego drutu
W takim przypadku osoba jest prawie całkowicie pod napięciem.
Dotknięcie uziemionego drutu
W normalnych warunkach dotknięcie uziemionego drutu praktycznie nie jest niebezpieczne.
Dotknięcie uziemionego drutu. Operacja awaryjna
W przypadku zwarcia napięcie na uziemionym przewodzie może osiągnąć niebezpieczne wartości.
Sieć trójfazowa
Izolowany neutralny
Tryb normalny
Niebezpieczeństwo kontaktu zależy od całkowitej rezystancji elektrycznej drutów względem ziemi, przy wzroście rezystancji niebezpieczeństwo kontaktu jest zmniejszone.
Tryb awaryjny
Napięcie dotykowe jest prawie równe napięciu sieciowemu. Najbardziej niebezpieczny przypadek.
Z uziemionym punktem neutralnym
Tryb normalny
Osoba w tym przypadku jest prawie pod napięciem fazowym sieci.
Tryb awaryjny
Wielkość napięcia dotykowego leży między napięciem liniowym a fazowym, zależy od stosunku rezystancji do zwarcia doziemnego i rezystancji uziemienia.
Elektryczne środki bezpieczeństwa
Wykluczenie kontaktu człowieka z częściami pod napięciem.
Niezawodny dzięki lokalizacji części pod napięciem w niedostępnych miejscach (na wysokości, w kanałach kablowych, kanałach, rurach itp.)
Zastosowanie niskich napięć (12, 24, 36 V).
Na przykład, aby zasilać narzędzie ręczne w pomieszczeniach o podwyższonym ryzyku porażenia prądem.
Korzystanie z podwójnej izolacji.
Na przykład wykonanie obudowy instalacji elektrycznej z dielektryka.
Stosowanie osobistego wyposażenia ochronnego.
Przed zastosowaniem środków ochrony indywidualnej konieczne jest sprawdzenie ich przydatności do użytku, integralności, a także sprawdzenie czasu poprzedniej i późniejszej weryfikacji przyrządu.
Podstawowy sprzęt ochronny zapewniają bezpośrednią ochronę przed porażeniem elektrycznym.
Dodatkowe wyposażenie ochronne nie może samodzielnie zapewniać bezpieczeństwa, ale może pomóc w korzystaniu ze środków trwałych.
Monitorowanie izolacji urządzeń i sieci.
- Kontrola wydajności.
- Zaplanowany.
- Nadzwyczajne itp.
Ochronna separacja sieci.
Pozwala zmniejszyć pojemność linii w pobliżu odbiorców energii elektrycznej.
Uziemienie ochronne to celowe połączenie elektryczne metalowych, nieprzewodzących części, które mogą być pod napięciem, do ziemi lub jej odpowiednika (popularnie o uziemieniu w geektimes.ru).
W sieciach do 1000 V uziemienie ochronne jest stosowane w sieciach z odosobniony neutralny.
Zasada działania polega na obniżeniu napięcia dotykowego do bezpiecznej wartości.
Gdy uziemienie nie jest możliwe, w celu ochrony wyrównaj potencjał podstawy, na której stoi osoba i sprzęt, zwiększając. Na przykład połączenie koszyka naprawczego z przewodnikiem fazowym linii energetycznej.
Uziemniki są podzielone na:
za. Sztuczny, przeznaczony bezpośrednio do uziemienia.
b. Naturalne metalowe przedmioty innych celów znajdujące się w ziemi, które mogą służyć jako przewodniki uziemiające. Wyjątki od kryterium zagrożenia pożarowego i wybuchowego (gazociągi itp.).
Rezystancja uziemienia nie powinna przekraczać kilku omów. Jednocześnie w wyniku korozji wzrasta rezystancja elektrody uziemiającej. Dlatego jego wartość należy okresowo monitorować (zima / lato).
Uziemienie ochronne to celowe połączenie metalowych części nieprzewodzących, które mogą być zasilane wielokrotnie uziemionym przewodem ochronnym zerowym.
Zakres - instalacje elektryczne z uziemionym napięciem neutralnym do 1000 V.
Zasada działania polega na przekształceniu zwarcia w obudowę urządzenia w jednofazowe zwarcie, po którym następuje wyłączenie urządzenia po przekroczeniu maksymalnego dopuszczalnego prądu.
Zabezpieczenie prądowe jest realizowane za pomocą wyłączników automatycznych lub bezpieczników. Szczególną uwagę należy zwrócić na wybór grubości zerowego przewodu ochronnego wystarczającego do przewodzenia prądu zwarciowego.
Zastosowanie wyłączników różnicowoprądowych (wyłączników różnicowoprądowych).
Ten rodzaj zabezpieczenia jest wyzwalany, gdy prądy wejściowe i wyjściowe w obwodzie monitorowanym nie są dopasowane pod względem wielkości, tj. Gdy występuje upływ prądu. Na przykład, gdy osoba dotknie drutu fazowego, część prądu przechodzi przez główny obwód do ziemi, co powoduje awarię zasilania w obwodzie kontrolowanym. Więcej szczegółów.
