Знання процесів, що протікають в електроустановках, дозволяє енергетикам безпечно експлуатувати обладнання будь-якої напруги та виду струму, виконувати ремонтні роботи і технічне обслуговування електричних систем.
Зменшуйте ризик ураження струмом електроустановки допомагає інформація, викладена в, ПТБ і ПТЕ - основних документів, створених кращими фахівцями на основі аналізу нещасних випадків з людьми, постраждалими від небезпечних факторів, які супроводжують роботу електричної енергії.
Обставини і причини потрапляння людини під дію електричного струму
Керівні документи з безпеки виділяють три групи причин, що пояснюють поразку працівників електричним струмом:
1. ненавмисне, ненавмисне наближення до струмоведучих частин з напругою на відстань, меншу безпечного або дотик до них;
2. виникнення та розвиток аварійних ситуацій;
3. порушення вимог, зазначених в керівних документах, розпорядчих правила поведінки працівників в діючих електроустановках.
Оцінка небезпек ураження людини полягає у визначенні розрахунками величин струмів, які проходять через тіло потерпілого. При цьому доводиться враховувати багато ситуацій, коли контакти можуть виникнути в випадкових місцях електроустановки. До того ж, прикладена до них напруга змінюється в залежності від багатьох причин, що включають умови і режими роботи електричної схеми, її енергетичні характеристики.
Умови ураження людини струмом електроустановки
Щоб через тіло потерпілого став протікати струм, необхідно створити електричний ланцюг підключенням його мінімум до двох точках схеми, яка має різницею потенціалів - напругою. На електричному обладнанні можливі прояви наступних умов:
1. одночасне двофазне або двухполюсное дотик до різних полюсів (фаз);
2. однофазное або однополюсное дотик до потенціалу схеми, коли людина має безпосередній гальванічний зв'язок з потенціалом землі;
3. випадкове створення контакту з провідними елементами електроустановки, які опинилися під напругою в результаті розвитку аварії;
4. потрапляння під дію напруги кроку, коли різниця потенціалів створена між точками, на яких одночасно перебувають ноги або інші частини тіла.
При цьому може виникнути електричний контакт потерпілого з токоведущей частиною електроустановки, який розглядається ПУЕ як дотик:
1. пряме;
2. чи непряме.
У першому випадку він створюється безпосереднім контактом з токоведущей частиною, включеної під напругу, а в другому - при дотиках до не ізольовано елементів схеми, коли на них пройшов небезпечний потенціал в разі розвитку аварії.
Щоб визначити умови безпечної експлуатації електроустановки і підготувати для працівників всередині неї робоче місце, Необхідно:
1. проаналізувати випадки ймовірного створення шляхів проходження електричного струму через організм обслуговуючого персоналу;
2. порівняти його максимально можливу величину з діючими мінімально допустимими нормативами;
3. прийняти рішення про виконання заходів забезпечення електричної безпеки.
Особливості аналізу умов ураження людей в електроустановках
Для оцінки величини струму, що проходить через тіло потерпілого в мережі постійного або змінної напруги, Використовуються наступні види позначень для:
1. опорів:
Rh - у тіла людини;
R0 - для влаштування заземлення;
Rіз- шару ізоляції щодо контуру землі;
2. струмів:
Ih - через тіло людини;
Iз - замикання на контур землі;
Uc - ланцюги постійного або однофазного змінного струмів;
Uл - лінійних;
Uф - фазних;
Uпр - дотику;
Uш - кроку.
При цьому можливі такі типові схеми підключення потерпілого до ланцюгів напруги в мережах:
1. постійного струму при:
однополюсного дотику контакту провідника з потенціалом, ізольованим від контуру землі;
однополюсного дотику потенціалу схеми з заземленим полюсом;
двополюсному контакті;
2. трифазних мереж при;
однофазном контакті з одним з потенційних провідників (узагальнений випадок);
двухфазном контакті.
Схеми поразки в ланцюгах постійного струму
Однополюсний контакт людини з потенціалом, ізольованим від землі
Під дією напруги Uc по послідовно створеної ланцюжку з потенціалу нижнього провідника, тіла потерпілого (рука-нога) і контур землі через подвійну опір ізоляції середовища протікає струм Ih.
Однополюсний контакт людини з заземленим потенціалом полюса
У цій схемі ситуацію погіршує підключення до контуру землі одного потенційного проводу з опором R0, близьким до нуля і значно меншим, ніж у тіла потерпілого і шару ізоляції зовнішнього середовища.
Сила шуканого струму приблизно дорівнює відношенню напруги мережі до опору людського тіла.
Двополюсний контакт людини з потенціалами мережі
Напруга мережі безпосередньо прикладається до тіла потерпілого, а струм через його організм обмежується тільки його власним незначним опором.
Загальні схеми поразки в ланцюгах змінного трифазного струму
Створення контакту людини між фазним потенціалом і землею
У загальному випадку між кожною фазою схеми і потенціалом землі є свій опір і створюється ємність. Нейтраль обмоток джерела напруги має узагальнене опором Zн, величина якого в різних системах заземлення ланцюга змінюється.
Формули розрахунку провідностей кожного ланцюжка і загальної величини струму Ih через фазна напруга Uф представлені на зображенні формулами.
Освіта контакту людини між двома фазами
Найбільшу величину і небезпеку становить струм, що проходить через ланцюжок, створену між безпосередніми контактами тіла потерпілого з фазними проводами. При цьому частина струму може пройти по шляху через землю і опору ізоляції середовища.
Особливості двухфазного дотику
У колах постійного і трифазного змінного струмів створення контактів між двома різними потенціалами найбільш небезпечно. При такій схемі людина потрапляє під дію найбільшої напруги.
У схемі з джерелом живлення постійної напруги величина струму через потерпілого обчислюється за формулою Ih \u003d Uc / Rh.
У трифазної мережі змінного струму це значення обчислюється за співвідношенням Ih \u003d Uл / Rh \u003d √3 Uф / Rh.
Вважаючи, що середнє електричний опір тіла людини становить 1 килоом, Розрахуємо струм, який виникає в мережі постійного і змінного напруги 220 вольт.
У першому випадку він складе: Ih \u003d 220/1000 \u003d 0,22А. Цією величини в 220 мА досить для того, щоб потерпілий зазнав судомному потиску м'язів, коли без сторонньої допомоги він звільнитися від впливу випадкового дотику вже не в змозі - утримує струм.
У другому випадку Ih \u003d (220 · 1,732) / 1000\u003d 0,38А. При такому значенні в 380 мА виникає смертельна небезпека ураження.
Також звертаємо увагу на те, що в мережі змінного трифазного напруги положення нейтралі (може бути ізольована від землі або навпаки - приєднана накоротко) дуже мало впливає на величину струму Ih. Його основна частка йде не через ланцюжок землі, а між потенціалами фаз.
Якщо людина застосував засоби захисту, що забезпечують його надійну ізоляцію від контуру землі, то вони в подібній ситуації виявляться марними і не допоможуть.
Особливості однофазного дотику
Трифазна мережа з глухо заземленою нейтраллю
Потерпілий торкається до одного з фазних проводів і потрапляє під різницю потенціалів між ним і контуром землі. Такі випадки трапляються найчастіше.
Хоча напруга фази щодо землі менше ніж лінійне в 1,732 рази, такий випадок залишається небезпечним. Погіршити стан потерпілого може:
режим нейтралі і якість її підключення;
електричні опори діелектричного шару проводів щодо потенціалу землі;
вид взуття та її діелектричні властивості;
опір ґрунту в місці знаходження потерпілого;
інші супутні фактори.
Значення струму Ih в цьому випадку можна визначити за співвідношенням:
Ih \u003d Uф / (Rh + Rоб + Rп + R0).
Нагадаємо, що опору: людського тіла Rh, взуття Rоб, статі Rп і заземлення у нейтрали R0, приймаються в Омах.
Чим менше величина знаменника, тим сильніше створюється струм. Якщо працівник має струмопровідну взуття, наприклад, промочив ноги або підошви підбито металевими цвяхами, до того ж знаходиться на металевій підлозі або сирій землі, то можна вважати, що Rоб \u003d Rп \u003d 0. Так забезпечується найбільш несприятливий випадок для життя потерпілого.
Ih \u003d Uф / (Rh + R0).
При фазному напрузі в 220 вольт отримаємо Ih \u003d 220/1000 \u003d 0,22 А. Або ток смертельної небезпеки 220 мА.
Тепер розрахуємо варіант, коли працівник використовує засоби захисту: діелектричну взуття (Rоб \u003d 45 кОм) і изолирующее підставу (Rп \u003d 100 кОм).
Ih \u003d 220 / (1000 + 45000 + 10000) \u003d 0,0015 А.
Отримали безпечну величину струму 1,5 мА.
Трифазна мережа з ізольованою нейтраллю
Тут відсутня пряма гальванічна зв'язок нейтралі джерела струму з потенціалом землі. Фазна напруга докладено до опору шару ізоляції Rиз, що володіє дуже високою величиною, яка контролюється при експлуатації і постійно підтримується в справному стані.
Ланцюг протікання струму через тіло людини залежить від цієї величини в кожній з фаз. Якщо врахувати всі верстви опору току, то його величину можна прорахувати за формулою: Ih \u003d Uф / (Rh + Rоб + Rп + (Rиз / 3)).
Під час самого несприятливого випадку, коли створені умови максимальної провідності через взуття і підлогу, вираз набуде вигляду: Ih \u003d Uф / (Rh + (Rиз / 3)).
Якщо розглядати мережу 220 вольт з ізоляцією шару в 90 кОм, то отримаємо: Ih \u003d 220 / (1000+ (90000/3)) \u003d 0,007 А. Такий струм в 7 мА буде добре відчуватися, але смертельну травму забезпечити не зможе.
Звернемо увагу, що ми в даному прикладі навмисне упустили опір грунту і взуття. Якщо їх врахувати, то струм знизиться до безпечної величини, порядку 0,0012 А чи 1,2 мА.
висновки:
1. в схемах з ізольованою нейтраллю безпеку працівників забезпечити простіше. Вона безпосередньо залежить від якості діелектричного шару проводів;
2. при однакових обставинах дотику до потенціалу однієї фази схема з заземленою нейтраллю становить найбільшу небезпеку, ніж з ізольованою.
Розглянемо випадок торкання металевого корпусу електричного приладу, якщо всередині нього пробита ізоляція діелектричного шару у потенціалу фази. Коли людина доторкнеться до цього корпусу, то через його тіло піде струм на землю і далі через нейтраль до джерела напруги.
Схема заміщення показана на зображенні нижче. Опором Rн володіє створювана приладом навантаження.
Опір ізоляції Rиз спільно з R0 і Rh обмежує струм міжфазного дотику. Він виражається співвідношенням: Ih \u003d Uф / (Rh + Rиз + Rо).
При цьому, як правило, ще на стадії проекту, вибираючи матеріали для випадку, коли R0 \u003d 0 намагаються дотримуватися умова: Rиз\u003e (Uф / Ihg) -Rh.
Величина Ihg називається порогом невідчутного струму, значення якого людина не буде відчувати.
Робимо висновок: опір діелектричного шару всіх струмоведучих частин щодо контуру землі визначає ступінь безпеки електроустановки.
З цієї причини всі подібні опору нормовані і враховані затвердженими таблицями. З цією ж метою нормують не власними опору ізоляції, а струми витоків, які через них протікають при випробуваннях.
напруга кроку
В електроустановках з різних причин може виникнути аварія, коли потенціал фази безпосередньо стосується контура землі. Якщо на повітряної ЛЕП один з проводів під дією різного типу механічних навантажень обірвався, то як раз в цьому випадку і проявляється подібна ситуація.
При цьому в місці контакту дроту з землею утворюється струм, який створює навколо точки дотику зону розтікання - майданчик, на поверхні якої з'являється електричний потенціал. Його величина залежить від струму замикання Iз і питомої стану грунту r.
Людина, що опинився в межах цієї зони, потрапляє під дію напруги кроку Uш, як показано на лівій половинці картинки. Площа зони розтікання обмежується контуром, де потенціал відсутній.
Значення напруги кроку розраховується за формулою: Uш \u003d Uз ∙ β1 ∙ β2.
У ній враховується напруга фази в місці розтікання струму - Uз, яке уточнюється коефіцієнтами характеристик розтікання напруги β1 і впливу опорів взуття і ніг β2. Величини β1 і β2 публікуються в довідниках.
Значення струму крізь тіло потерпілого обчислюється виразом: Ih \u003d (Uз ∙ β1 ∙ β2) / Rh.
На правій частині малюнка в положенні 2 потерпілий створює контакт з замкнув на землю потенціалом проводу. Він виявляється під впливом різниці потенціалів між точкою дотику рукою і контуром землі, яка виражається напругою доторку Uпр.
У цій ситуації ток обчислюють за виразом: Ih \u003d (Uф.з. ∙ α) / Rh
Значення коефіцієнта розтікання α можуть змінюватися в межах 0 ÷ 1 і враховують характеристики, що впливають на Uпр.
У розглянутій ситуації діють ті ж висновки, що і при створенні однофазного контакту постраждалим в нормальному режимі експлуатації електроустановки.
Якщо ж людина розташований за межами зони розтікання струму, то він знаходиться в безпечній зоні.
Всі випадки ураження людини струмом в результаті ураження електричним струмом - наслідок дотику не менше ніж до двох точках електричного кола, Між якими існує різниця потенціалів. Небезпека такого дотику багато в чому залежить від особливостей електричної мережі і схеми включення в неї людини. Визначивши силу струму / ч, що проходить через людину з урахуванням цих факторів, можна вибрати відповідні захисні заходи для зниження небезпеки ураження.
Двофазне включення людини в ланцюг струму (рис. 8.1, а). Воно відбувається досить рідко, але більш небезпечно в порівнянні з однофазним, так як до тіла прикладається найбільша в даній мережі напруга - лінійне, а сила струму, А, що проходить через людину, не залежить від схеми мережі, режиму її нейтралі і інших чинників, т. е.
I \u003d Uл / Rч \u003d v 3Uф / Rч,
де Uл і Uф --лінейное і фазну напругу, В; Rч - опір тіла людини, Ом (згідно з Правилами улаштування електроустановок в розрахунках Rч приймають рівним 1000 Ом).
Випадки двофазного дотику можуть статися при роботі з електрообладнанням без зняття напруги, наприклад, при заміні згорілого запобіжника на вводі в будинок, застосуванні діелектричних рукавичок з розривами гуми, приєднання кабелю до незахищених затискачів зварювального трансформатора і т. П.
Однофазное включення. На струм, що проходить через людину, впливають різні чинники, що знижує небезпеку ураження в порівнянні з двофазним дотиком.
Мал. 1. Схеми можливого включення людини в мережу трифазного струму: а - двофазне дотик; б-- однофазное дотик в мережі з заземленою нейтраллю; в - однофазне дотик в мережі з ізольованою нейтраллю
В однофазної двухпроводной мережі, ізольованій від землі, силу струму, А, що проходить через людину, за однакової кількості опору ізоляції проводів відносно землі r1 \u003d r2 \u003d r, визначають за формулою
Iч \u003d U / (2Rч + r),
де U-- напруга мережі, В; r - опір ізоляції, Ом.
У трехпроводной мережі з ізольованою нейтраллю при r1 \u003d r2 \u003d r3 \u003d rток піде від місця контакту через тіло людини, взуття, підлогу і недосконалу ізоляцію до інших фаз (рис. 8.1, б). тоді
Iч \u003d Uф / (Ro + r / 3),
де Rо - загальний опір, Ом; RO \u003d Rч + Rоп + Rп; Rоб - опір взуття, див: для гумового взуття Rоб? 50 000 Ом; Rn - опір підлоги, Ом: для сухого дерев'яної підлоги, Rп \u003d 60 000 Ом; г - опір ізоляції проводів, Ом (згідно з ПУЕ має бути не менше 0,5 МОм на фазу ділянки мережі напругою до 1000 В).
У трифазних чотирипровідних мережах струм піде через людину, його взуття, підлогу, заземлення нейтралі джерела і нульовий провід (рис. 8.1, в). Сила струму, А, що проходить через людину,
Iч \u003d Uф (Rо + Rн),
де RH - опір заземлення нейтрали, Ом. Нехтуючи опором RH, отримаємо:
На підприємствах сільського господарства в основному застосовують чотирипровідні електричні мережі з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В. Їх перевага полягає в тому, що за допомогою їх можна отримати два робочих напруги: лінійне Uл \u003d 380 В і фазну Uф \u003d 220 В. До таких мереж не пред'являють високих вимог до якості ізоляції проводів і їх застосовують при великій розгалуженості мережі. Дещо рідше використовують трьохпровідний мережу з ізольованою нейтраллю при напрузі до 1000В болі що безпечну, якщо опір ізоляції проводів підтримується на високому рівні.
Напруга дотику. Воно виникає в результаті дотику знаходяться під напругою електроустановок або металевих частин обладнання.
Якщо електричний струм тече через стрижневий заземлювач, що заглиблюється в землю так, що його верхній кінець розташований на рівні землі, то напруга дотику, В,
де I3 - сила струму замикання на землю, А; с - питомий опір підстави (грунту, статі і т. д.), на якому знаходиться людина, Ом * м; l і d - довжина і діаметр заземлювача, м; х - відстань від людини до центру заземлювача, м; а - коефіцієнт напруги дотику.
б \u003d Rч / (Rч + Rоб + Rn) \u003d Rч / Rо.
Нехтуючи опором взуття (коли вона мокра або при її відсутності), можна записати для наступних випадків:
ступні ніг видалені одна відносно іншої на відстані кроку
б \u003d 1 / (1 + 1,5с / Rч);
ступні ніг знаходяться поруч
б \u003d 1 / (1 + 2 з / Rч).
Крокові напругу. Ця напруга Uш на тілі людини при положенні ніг в точках поля розтікання струму із заземлювача або від впав на землю проводу, де знаходяться ступні, коли людина йде в напрямку заземлювача (проводу) або від нього (рис. 8.2).
Якщо одна нога знаходиться на відстані х від центру заземлювача, то інша - на відстані х + а, де а - довжина кроку. Зазвичай в розрахунках приймають а \u003d 0,8 м.
Максимальна напруга в цьому випадку виникає в точці замикання струму на землю, а в міру віддалення від неї воно знижується за законом гіперболи. Вважають, що на відстані 20 м від місця замикання потенціал землі дорівнює нулю.
Крокові напругу, В,
Мал. 2.
Навіть при невеликому шаговом напрузі (50 ... 80 В) може виникнути мимовільне судорожне скорочення м'язів ніг і, як наслідок цього - падіння людини на землю. При цьому він одночасно стосується землі руками і ногами, відстань між якими більше, ніж довжина кроку, тому чинне напруга збільшується. Крім того, в такому положенні людини утворюється новий шлях проходження струму, який стосується життєво важливі органи. При цьому створюється реальна загроза смертельного ураження. При зменшенні довжини кроку крокові напругу знижується. Тому, для того щоб вибратися із зони дії крокової напруги, слід пересуватися стрибками на одній нозі або на двох зімкнутих ногах або якомога коротшими кроками (в останньому випадку допустимим вважають напруга не більше 40 В).
Багато хто з нас ще з дитинства пам'ятають про те, що оголений обірваний провід, що впав на землю, - це дуже небезпечно. Пам'ятаються різні страсті-мордасті про мокру погоду і про нещасних жертв, навіть не мали «щастя» доторкнутися до металу, що знаходиться під напругою і став причиною їх травми. Всього-то їх і угораздило пройти в небезпечній близькості від пошкодженої лінії - і цього виявилося більш ніж достатньо.
Але що ж це за явище, завдяки якому провід, «невинно» вилежуватись в стороні стає смертельною загрозою? Всім відомо, що електротравму людині може нанести тільки проходить через його тіло електричний струм. А електричному струму потрібен вільний шлях. Необхідно, як мінімум, дві точки прикладання на тілі того, кому не пощастило: одна з них - фаза, звідки струм може прийти, а друга - нуль, куди він може вільно піти.
Але дозвольте, яка «фаза»? Ну, «нуль» - ще зрозуміло, але звідки «фаза», якщо людина спокійно крокує собі по землі і ніяких проводів навіть не чіпає? Нічого ж такого, здається, і немає - просто волога земля. Стежка, наприклад. Ну да, фазний обірваний провід лежить неподалік у кущах. Але він же безпосередньо на землю і замкнулося - ланцюг не включає в себе прогулюється пішохода і струм через нього йти не повинен. Але це тільки так здається.
Боятися було б нічого, якби земля була відмінним провідником з опором, близьким до опору металу. Тоді обрив проводу і падіння його на землю завершувалися б банальним коротким замиканням.
Спрацьовувала б максимально-струмовий захист, або згорав б обірваний провід, але в будь-якому випадку довго б це не тривало. А насправді ж питомий електричний опір ґрунту становить мінімум 60 Ом * м, а найчастіше і більше, навіть якщо погода волога і йде дощ. Тому при обриві приводу і замиканні його на землю для електричного струму просто виникає нова ланцюг: фазний провід - земля - \u200b\u200bзаземлена нейтраль трансформатора.
Через не дуже-то високої провідності землі току доводиться неабияк потрудитися, щоб пройти по цьому ланцюзі, але варіантів у нього немає. Струм «із задоволенням скористався б» який-небудь ще інший, «паралельної дорогою», яка дозволила б йому скоротити шлях. І такий дорогий може стати тіло пішохода.
Говорячи по-науковому, на єдиному істотному опорі ланцюга провід-земля-нейтраль - вологому грунті - відбувається падіння напруги (зміна електричного потенціалу) від 220 вольт біля впав дроти до нуля у нейтрали трансформатора.
Падіння це відбувається нелінійно, але суть зводиться до того, що чим ближче до дроту - тим стрімкіше зростає потенціал землі. Значить, чим ближче до місця обриву - тим більша різниця потенціалів між двома точками поверхні, розташованими на певній відстані. А нещасний перехожий може стояти однією ногою на першій з цих точок і іншою ногою - на другий з них. При цьому він, звичайно, прийме він виниклу різницю потенціалів, а це може виявитися практично все фазна напруга, якщо провід близько.
Зрозуміло, там, де з'явилася напруга, - там і струм не змусить себе чекати. От і все. Не встигнувши усвідомити тяжкість свого становища, перехожий отримує удар струмом, можливо смертельний.
Напруга, що виникає в таких випадках між ступнями людини, називається «кроковим напругою» або «напругою кроку», і для боротьби з ним є деякі заходи.
Найнадійніший з цих заходів - вирівнювання потенціалів. При цьому ділянка поверхні грунту, де можлива аварія з фазним замиканням на землю, оснащується сіткою з заземлених провідників, закладених прямо під поверхнею.
Працює це дуже просто: потенціал провідника у всіх точках завжди однаковий, тому перебуваючи на такій сітці потрапити під напругу просто неможливо. Вирівнювання потенціалів виробляють на території відкритих розподільних пристроїв (ВРП) та в інших потенційно небезпечних місцях.
Але, на жаль, оснастити кожну опору ЛЕП сіткою вирівнювання потенціалів неможливо. Тому кожній людині, навіть не є електриком, необхідно проявляти пильність: звертайте увагу на стан ліній електропередач навколо вас, особливо в дощову погоду. Звертайте увагу на свої відчуття: якщо вас «пощипує», а то й «трусить» при ходьбі - це досить вірна ознака впливу крокової напруги.
Зрозумівши, що ви перебуваєте в зоні можливого впливу крокової напруги, потрібно постаратися з неї вийти. Але робити це треба гусячим кроком - приставляючи п'яту ноги, якої крокуєте, до носку ноги, на якій стоїте. Таким чином, при ходьбі обидві ноги будуть знаходитися практично в одній точці з одним електричним потенціалом - напруга між ними не виникне.
Аналіз умов електробезпеки
Аналіз умов електробезпеки полягає у визначенні величини струму через тіло людини (I h) для конкретного випадку.
Порівнюючи отримані розрахунковим шляхом величини струму через тіло людини з величиною умовно безпечного струму (10мА) роблять висновок про небезпеку даного випадку. Якщо величина струму через тіло людини перевищує величину умовно-безпечного струму - випадок вважають небезпечним. Якщо ні - не небезпечним. Так як людина в більшості випадків користується мережею до 1000В, а ці мережі, як правило, мають невелику протяжність, ємністю фазних проводів відносно землі можна знехтувати, вважаючи, що опір ізоляції проводів (R з) щодо землі чисто активним.
Визначити величину струму через тіло людини можна так:
I h \u003d U пр / R h
Складність розрахунку полягає в знаходженні напруги дотику (U пр). Для знаходження цієї величини вдаються до такого прийому: визначають шлях струму через тіло людини, з якого і знаходять джерело напруги і опору, через які протікає струм.
Найбільш характерним бувають дві схеми включення: між двома проводами і між одним проводом і землею.
Стосовно до мереж змінного струму першу схему зазвичай називають двофазним включенням, а другу однофазним.
9.1.1. двофазне включення
Двофазне включення, як правило, більш небезпечно, оскільки до тіла людини прикладається найбільша в даній мережі напруга - лінійне, і тому через тіло людини піде великий струм (рисунок. 9.1.).
Малюнок 9.1. Двофазне включення людини в мережу.
де, I h - струм через тіло людини
U пр - напруга дотику
Для мережі 380/220
Струм небезпечний для життя людини
9.1.2. Однофазное включення.
Однофазное включення відбувається значно частіше, але є менш небезпечним, тому що напруга під яким опиняється людина не перевищує фазного. Крім того, на значення струму через тіло людини впливає також режим нейтралі джерела струму, опір ізоляції проводів відносно землі, опір підлоги, на якому стоїть людина, опір взуття людини та інші фактори.
9.1.2.1. Однофазна мережа.
Малюнок 9.3. схема включення
Малюнок 9.4. схема заміщення
Струм через тіло людини можна знайти як:
З виразу можна зробити висновки:
1. Чим більше опір ізоляції відносно землі, тим менше небезпека однофазного дотику до дроту
2. Дотик людини до проводу з великим опором ізоляції більш небезпечно, тому що напруга дотик буде більше.
9.1 1.2. трифазна трьох дротова мережа з ізольованою нейтраллю:
Розглянемо два режими мережі:
а) Нормальний режим роботи (опір ізоляції мають велике (нормоване) значення.
Малюнок 9.5. Однофазное включення в 3 х фазну мережу
з ізольованою нейтраллю
У разі рівного розподілу опорів ізоляцііR із1 \u003d R із2 \u003d R із3, величина струму через тіло людини визначається виразом
У таких мережах небезпеку для людини, доторкується до проводу, при нормальному стані мережі, залежить від опору ізоляції. Чим воно більше, тим менше небезпека. Тому, дуже важливо в таких мережах забезпечувати високий опір ізоляції і контролювати її стан для своєчасного виявлення і усунення несправностей.
Згідно ШЕУ опір ізоляції проводів відносно землі в установках до 1000В не повинно бути менше 500к.
б) При аварійному режимі - замикання однієї з фаз на землю через малий опір замикання - R зм. (малюнок 9.6.)
Малюнок 9.6 Аварійний режим в мережі
Зазвичай R зм лежить в межах від 50 до 200Ом.
Струм через тіло людини, як і в нормальному режимі буде протікати і через опору ізоляції проводів відносно землі, але його величина буде значно менше, ніж струм, що протікає через малий опір замикання. Тому величиною струму, що протікає через опір ізоляції, можна знехтувати і вважати, що струм протікає тільки через опір замикання і тіло людини.
Це дуже небезпечно.
9.1.2.3. Трифазна трипровідна мережа з глухозаземленою нейтраллю:
Глухозаземленной називається нейтраль трансформатора або генератора приєднана до заземлювального пристрою безпосередньо або через малий опір (наприклад, трансформатор струму).
а) Нормальний режим роботи
Малюнок 9.7.
Опір заземлення нейтралі R про нормується в залежності від максимальної напруги мережі.
При U л \u003d 660В, R про \u003d 2Ом, при U л \u003d 380 В, R про \u003d 4Ом, при U л \u003d 220, R про \u003d 8Ом
Струмом, що протікає через тіло людини і опором ізоляції проводів можна знехтувати, в порівнянні зі струмом, що протікає через тіло людини і малий опір заземлення нейтрали. Величина цього струму визначається з виразу:
З виразу видно, що в мережі з глухозаземленою нейтраллю в період нормальної роботи мережі дотик до одного з проводів більш небезпечно, ніж дотик до дроту нормально працюючої мережі з ізольованою нетралью.
б) При аварійному режимі роботи - коли одна з фаз мережі замкнута на землю через малий опір R зм (рисунок 9.8.).
Малюнок 9.8.
Якщо провести аналіз цього випадку, то можна зробити наступні висновки:
2. Якщо прийняти R про рівним 0, то людина виявиться під фазною напругою.
В реальних умовах R зм і R про завжди більше нуля, отже, людина, торкаючись дроти в аварійному режимі мережі, потрапляє під напруга менше лінійного, але більше фазного.
1) Однофазное дотик до дроту мережі з ізольованою нейтраллю при справній ізоляції (рис.1):
Малюнок 1 - Однофазное включення людини в електричну мережу.
Струм, що проходить через людину I h, повертається до джерела струму через ізоляцію проводів мережі, яка в справному стані має більший опір ізоляції R з. До 1000В R з дорівнює 0,5 МОм і більше. Струм, що протікає через тіло людини, визначається виразом:
(1)
де R h - опір тіла людини, при розрахунках береться 1000 Ом;
R з - опір ізоляції фаз відносно землі;
U ф - фазна напруга
З урахуванням опір взуття R про і полу R п, включених послідовно опору тіла людини R h, струм, що проходить через людину, буде дорівнює:
(2)
2) Однофазное дотик до дроту мережі з заземленою нейтраллю (рис.2):
Малюнок 2 - Однофазное дотик до мережі з заземленою нейтраллю
Величина струму через людини визначається тільки опором тіла людини, величини опорів ізоляції проводів не впливають на струм, що проходить через тіло людини.
, (3)
де R 0 - опір заземлення нейтрали. При Uл \u003d 380 В R 0 не перевищує 4 0м, то їм при розрахунках можна знехтувати. У цьому випадку опір статі і взуття відіграють велику роль у безпеці людини, тому що включені в ланцюг з людиною послідовно.
(4)
При R п \u003d 0 і R про \u003d 0
I h = = 0,22 А = 220 мА> 100 мА >> 10 мА ,
це дуже небезпечно!
При замиканні фази на землю мережу з ізольованою нейтраллю (рис. 4) виявляється більш небезпечною, ніж з заземленою (рис. 5). Так як, в мережі з ізольованою нейтраллю напруга, яка обумовлює величину струму через тіло людини одно U л, а в мережі з заземленою нейтраллю воно лежить в межах:
U л\u003e U пр\u003e U ф
Малюнок 4 - Мережа з ізольованою нейтраллю
I h= 
, (7)
де R h - опір тіла людини;
R зм - опір замикання фази землі
У разі пробою фази на корпус обладнання, яке в нормальних умовах не повинно знаходиться під напругою, людина, що працює з цим обладнанням, виявляється в режимі однофазного дотику. Для захисту від ураження електричним струмом в мережі з ізольованою нейтраллю застосовується захисне заземлення (рис. 6).
Малюнок 5 - Мережа з заземленою нейтраллю
захисне заземлення
Захисне заземлення виконується з метою забезпечення безпеки людей при порушенні ізоляції струмоведучих частин. Застосовується також заземлення для захисту від дії атмосферної електрики електрообладнання, будівель і споруд.
Захисним заземленням називається навмисне з'єднання з землею або її еквівалентом металевих частин обладнання, в звичайних умовах знаходяться не під напругою, але можуть опинитися під напругою внаслідок порушення ізоляції електроустановок.
Дія захисного заземлення полягає в тому, що воно знижує напругу між корпусом обладнання, які опинилися під напругою, і землею до безпечного значення.
Пояснимо це на прикладі мережі з ізольованою нейтраллю (рис. 6). Якщо корпус електрообладнання не заземлений і він виявився в контакті з фазою, то дотик людини до такого корпусу рівносильно однофаз включенню. Якщо ж корпус заземлений, то потенціал корпусу щодо землі падає до безпечно малого значення.
Малюнок 6 - Захисне заземлення
Заземлювати необхідно металеві частини електроустановок, корпуси електричних машин, трансформаторів, апаратів, світильників, приводи електричних апаратів, вторинні обмотки вимірювальних трансформаторів, каркаси розподільних щитів, щитів управління, шаф та ін.
Захисне заземлення застосовується в трифазних трипровідних мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю, а в мережах напругою 1000 В і вище - з будь-яким режимом нейтралі (рис. 3.18).
Проходження струму через людини, є наслідком його дотику не менше, ніж до двох точках електричного кола, між якими є деяка різниця потенціалів (напруга).
Небезпека такого дотику неоднозначна і залежить від ряду факторів:
схеми включення людини в електричний ланцюг;
напруги мережі;
схеми самої мережі;
режиму нейтралі мережі;
ступеня ізоляції струмоведучих частин від землі;
ємності струмоведучих частин щодо землі.
Класифікація мереж напругою до 1000 В
однофазні мережі
Однофазні мережі розділяться на двопровідні і однопровідні.
двопровідні
Двопровідні мережі діляться на ізольовані від землі і з заземленим проводом.
Ізольовані від землі
З заземленим проводом
Дані мережі широко використовуються в народному господарстві, починаючи з харчування малим напругою переносного інструменту і закінчуючи харчуванням потужних однофазних споживачів.
однопровідні
У разі однопровідною мережі, роль другого проводу виконує земля, рейок і т.д.
 |
| Однофазна мережа. однопровідна |
Основне застосування дані мережі отримали в електрифікованому транспорті (електровози, трамваї, метро і т.д.).
трифазні мережі
Залежно від режиму нейтралі джерела струму і наявності нейтрального або нульового провідника можуть бути виконані за чотирма схемами.
Нейтральна точка джерела струму - точка, напруги на якій щодо всіх фаз однакові за абсолютним значенням.
Нульова точка джерела струму - заземлена нейтральна точка.
Провідник, приєднаний до нейтральної точки, називається нейтральним провідником (нейтраллю), а до нульової точки - нульовим провідником.
1. трипровідна мережа з ізольованою нейтраллю
2. трьохпровідний сісти з заземленою нейтраллю
3. Чотирьох дротова мережа з ізольованою нейтраллю
4. Чотирьох дротова мережа з заземленою нейтраллю
При напрузі до 1000В в нашій країні використовуються схеми «1» і «4».
Схеми включення людини в електричний ланцюг
двофазне дотик - між двома фазами електричної мережі. Як правило, найбільш небезпечне тому, має місце бути лінійна напруга. Однак дані випадки досить рідкісні.
однофазное дотик - між фазою і землею. При цьому передбачається наявність електричного зв'язку між мережею та землею.
Детальніше про схеми включення людини в ланцюг см. Долін П.А. Основи техніки безпеки в електроустановках.
однофазні мережі
Ізольована від землі
нормальний режим
Чим краще ізоляція проводів відносно землі, тим менше небезпека однофазного дотику до дроту.
Дотик людини до проводу з великим електричним опором ізоляції небезпечніше.
Аварійний режим
При замиканні проводи на землю, людина доторкнеться до справного дроту, виявляється під напругою, рівним майже повного напрузі лінії, незалежно від опору ізоляції проводів.
З заземленим проводом
Дотик до незаземлённому проводу
В даному випадку, людина виявляється практично під повним напругою мережі.
Дотик до заземлених проводу
У нормальних умовах дотик до заземлених проводу практично не небезпечно.
Дотик до заземлених проводу. Аварійний режим роботи
При короткому замиканні напруга на заземленому дроті може досягати небезпечних значень.
трифазні мережі
З ізольованою нейтраллю
нормальний режим
Небезпека дотику визначається повним електричним опором проводів відносно землі, зі збільшенням опору, небезпека дотику зменшується.
Аварійний режим
Напруга дотику практично дорівнює лінійній напрузі мережі. Найбільш небезпечний випадок.
З заземленою нейтраллю
нормальний режим
Людина в даному випадку виявляється практично під фазною напругою мережі.
Аварійний режим
Величина напруги дотику лежить між лінійним і фазною напругою, залежить від співвідношення між опором замикання на землю і опором заземлення.
Заходи забезпечення електробезпеки
Виключення контакту людини з струмоведучими частинами.
Релаізуется за допомогою розташування струмоведучих частин в недосяжних місцях (на висоті, в кабельних каналах, коробах, трубах і т.д.)
Використання малих напруг (12, 24, 36 В).
Наприклад, для харчування ручного інструменту в приміщеннях з підвищеною небезпекою ураження електричним струмом.
Використання подвійної ізоляції.
Наприклад, виконання корпусу електроустановки з діелектрика.
Застосування засобів індивідуального захисту.
Перед застосуванням ЗІЗ необхідно обов'язково переконатися в їх справності, цілісності, а також перевірити терміни попередньої та подальшої перевірки інструменту.
Основні захисні засоби забезпечують безпосередню захист від ураження електричним струмом.
Додаткові захисні засоби не можуть самостійно забезпечити безпеку, але можуть допомогти при використанні основних засобів.
Контроль ізоляції обладнання і мереж.
- Вихідний контроль.
- Плановий.
- Позачерговий і т.д.
Захисне розділення мереж.
Дозволяє зменшити ємність ліній поблизу споживачів електричної енергії.
Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання металевих неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою, з землею або її еквівалентом (популярно про заземлення на geektimes.ru).
У мережах до 1000 В захисне заземлення застосовується в мережах з ізольованою нейтраллю.
Принцип дії полягає в зменшенні до безпечного значення напруги дотику.
Коли заземлення неможливо, з метою захисту вирівнюють потенціал підстави на якому стоїть людина і обладнання, шляхом підвищення. Наприклад, з'єднання ремонтної кошика з фазним провідником ЛЕП.
Заземлители діляться на:
a. Штучні, призначені для цілей заземлення безпосередньо.
b. Природні, що знаходяться в землі металеві предмети іншого призначення, які можуть бути використані в якості заземлювачів. Винятки за критерієм взирвопожароопасності (газопроводи і т.д.).
Опір заземлення повен бути не більше декількох Ом. При цьому з часом в результаті корозії опір заземлювача зростає. Тому його величина повинна періодично контролюватися (зима / літо).
Захисне занулення - навмисне з'єднання металевих неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою, з багаторазово заземленим нульовим захисним провідником.
Область застосування - електроустановки з заземленою нейтраллю з напругою до 1000В.
Принцип дії - перетворення замикання на корпус обладнання в однофазне коротке замикання, з подальшим відключенням обладнання по перевищенню максимально допустимої сили струму.
Струмовий захист реалізується або за допомогою автоматичних вимикачів, Або плавких запобіжників. Особливу увагу необхідно приділити вибору товщини нульового захисного проводу, достатньої для проведення струму короткого замикання.
Застосування ПЗВ (пристроїв захисного відключення).
Даний вид захисту спрацьовує, коли струми вхідний і вихідний в відстежувати контурі не збігаються за величиною тобто, коли має місце бути витік струму. Наприклад, при дотику людини до фазного проводу, частина струму йде повз основного контуру в землю, що і викликає відключення живлення устаткування в контрольованому контурі. Детальніше, .
