Анализ опасности прикосновения человека к токоведущим частям электроустановок

 

Степень опасности поражения электрическим током при включении человека в электрическую цепь зависит от:

типа включения: между проводом или корпусом поврежденного оборудования и землей (однополюсное прикосновение) или между двумя проводами (двухполюсное прикосновение);

типа сети: однофазная или трехфазная;

типа нейтрали: изолированная или заземленная.

Рассмотрим наиболее характерные случаи.

При однополюсном включении в трехфазную сеть с заземленной нейтралью (рис.3.2) человек попадает под фазное напряжение U_ф.

А

Uф

Iч

Uл

Uл

В

С

R3

 

Рис 3.2. Однополюсное включение человека в трехфазную сеть с заземленной нейтралью.

При этом ток, действующий на человека, будет равен:

,

где U_ф - фазное напряжение, В;

U_л = U_ф - линейное напряжение, В;

R_Ч= 1000 Ом - сопротивление тела человека;

R_з - сопротивление заземления нейтрали.

При однополюсном прикосновении человека к элементам трехфазной сети с изолированной нейтралью (рис.3.3) сила тока зависит не только от R_ч, но и от сопротивлений изоляции R₁, R₂, R₃ и емкостей фаз С₁, С₂,С₃ относительно земли. При С_i = 0 и R₁=R₂= R₃ = R_из ток, протекающий через человека определяется по формуле

 

I_ч = U_ф / (R_ч + R_из/3),

 

где R_из – сопротивление изоляции нейтрали.

 

Rиз

C3

C2

C1

Iч

R1

 

Рис. 3.3. Однополюсное прикосновение к трехфазной сети с изолированной нейтралью

 

Чем больше сопротивление изоляции, тем меньший ток протекает через тело человека. Следовательно, сопротивление изоляции защищает человека от воздействия электрического тока при его касании одной фазы сети с изолированной нейтралью.

В сетях напряжением выше 1 кВ прикосновение к фазе опасно, независимо от режима нейтрали.

Двухполюсное прикосновение представляет собой одновременное касание человека к различным фазам одной и той же сети. Человек оказывается под линейным напряжением (U_л = U_ф). Ток, проходящий через тело по пути «рука-рука» вне зависимости от вида нейтрали, будет равен

 

I_ч= U_л /R_ч.

 

В однофазной сети с заземленным полюсом сопротивление одного из проводов относительно земли равно сопротивлению заземления R₃ этого провода, а ток, протекающий через человека (рис. 3.4 а), касающегося незаземленного провода, будет равен

 

I_ч = U_ф /(R₃ +R_ч).

 

Ток, проходящий через человека (рис.3.4 б), касающегося заземленного провода, определяется падением напряжения в сопротивлении этого провода R_п от тока I, протекающего в нагрузке, т.е. I_ч=I R_п/R_ч. Т.к. падение напряжения в проводе в нормальном режиме мало, то и ток, проходящий через человека, мал, и прикосновение к заземленному проводу опасности не представляет.

Rп

R3

б

a

 

Рис. 3.4. Однополюсное прикосновение к однофазное сети с заземленной нейтралью

 

При прикосновении человека к одному из проводов изолированной относительно земли однофазной сети (рис.3.5) через него потечет ток

 

I_ч = U_ф / (2R_ч + R_из).

 

Двухполюсное прикосновение к однофазной сети представляет собой одновременное касание человека заземленного (нулевого) и фазного проводов. Человек оказывается под действием фазного напряжения. Ток, проходящий через тело по пути «рука-рука» вне зависимости от вида нейтрали, будет равен

I_ч= U_ф /R_ч.

Rиз

Rиз

Iч

Рис.2.4. Однополюсное прикосновение к однофазной сети

с изолированной нейтралью

 

Рассмотрим примеры решения задач по определению степени опасности электрического тока при включении человека в электрическую цепь.

Алгоритм решения задач следующий.

1. Изобразить схему включения человека в электрическую сеть, обозначить элементы и показать путь тока, протекающего через человека.

Порядок построения схемы: вид сети; вид нейтрали; вид включение человека; путь прохождения тока от одного полюса источника через человека к другому полюсу источника.

2. Из анализа схемы, записать формулу для определения величины тока, протекающего через человека.

Если по условию задачи заданы электрозащитные средства (диэлектрические перчатки с сопротивлением R_п и коврик с сопротивлением R_к), которые увеличивают сопротивление человека, то в выбранную формулу вместо R_Ч следует подставлять

R_ч^*= R_ч + R_п +R_к.

3. Подставить в формулу значения исходных данных, вычислить значение тока и перевести его в миллиамперы (1 А=1000мА).

Если при вычислении величины тока значения сопротивлений подставлять в формулу в килоомах (1 кОм=1000 Ом), то результат получается в миллиамперах.

4. Сформулировать вывод по решению задачи с указанием степени опасности тока и необходимости применения мер защиты.

Задача 3.5. Определить степень опасности электрического тока, если он протекает через тело человека при однополюсном включении в однофазную сеть с изолированной нейтралью напряжением 220 В. Величина сопротивления изоляции проводов относительно земли 2 МОм.

Исходные данные:

сеть – однофазная; U_ф = 220 В

нейтраль – изолированная R_из= 2 Мом

включение – однополюсное R_ч= 1 кОм

Найти: I

Решение:

Изобразить схему включения человека в электрическую сеть, обозначить элементы и показать путь тока, протекающего через человека.

Rиз

Rиз

Rч

Iч

Для данного вида включения величина тока определяется по формуле:

Подставив в формулу значения исходных данных, вычислить значение тока. Значения сопротивлений перевести в Омы, учитывая, что 1 кОм = 1000 Ом, 1 МОм = 10⁶ Ом, а полученное значение тока из ампер перевести в миллиамперы (1 А = 1000 мА).

Вывод: т.к. ток меньше 1 мА, он безопасен. Применять средства электрозащиты нет необходимости. Безопасность обеспечивается изоляцией нейтрали.

 

Задача 3.6. Определить степень опасности электрического тока, если он протекает через тело человека при однополюсном включении в трехфазную сеть с изолированной нейтралью. Фазное напряжение 220 В. Величина сопротивления изоляции проводов относительно земли 2 МОм.

Исходные данные:

сеть – трехфазная; U_ф = 220 В

нейтраль – изолированная R_из= 2 Мом

включение – однополюсное R_ч= 1 кОм

Найти: I

 

 

Решение:

Изобразить схему включения человека в электрическую сеть, обозначить элементы и показать путь тока, протекающего через человека.

Rиз

Rиз

Rиз

Iч

Rч

 

Для данного вида включения величина тока определяется по формуле:

Подставив в формулу значения исходных данных, вычислить значение тока. Для упрощения вычислений значения сопротивлений можно подставить в килоомах, учитывая, 1 МОм = 10³ кОм, тогда результат получится в миллиамперах.

 

Вывод: т.к. ток меньше 1 мА, он безопасен. Применять средства электрозащиты нет необходимости. Безопасность обеспечивается изоляцией нейтрали.

 

Задача 3.7. Определить степень опасности электрического тока, если он протекает через тело человека при однополюсном включении в однофазную сеть с заземленной нейтралью. Электрическое сопротивление заземления 4 Ом. Фазное напряжение 220 В.

Исходные данные:

сеть – однофазная; U_ф = 220 В

нейтраль – заземленная R_з = 4 Ом

включение – однополюсное R_ч= 1000 Ом

Найти: I

 

Решение: Изобразить схему включения человека в электрическую сеть, обозначить элементы и показать путь тока, протекающего через человека.

Rз

Rч

Iч

Ток протекает последовательно через сопротивления R_ч и R_з, следовательно:

Учитывая, что R_з<<R_ч сопротивлением заземления нейтрали можно пренебречь. Тогда

Подставив в формулу значения исходных данных, вычислить значение тока.

.

Вывод: Ток больше 100 мА, следовательно, он является смертельным. Необходимо использовать электрозащитные средства (коврик или перчатки).

 

Задача 3.8. Определить степень опасности электрического тока, если он протекает через тело человека при однополюсном включении в трехфазную сеть с заземленной нейтралью. Фазное напряжение 220 В. Электрическое сопротивление заземления 8 Ом.

Исходные данные:

сеть – трехфазная; U_ф = 220 В

нейтраль – заземленная R_з = 8 Ом

включение – однополюсное R_ч= 1000 Ом

Найти: I

Iч

Rз

Rч

Решение: Изобразить схему включения человека в электрическую сеть, обозначить элементы и показать путь тока, протекающего через человека.

Ток протекает последовательно через сопротивления R_ч и R_з, следовательно:

Учитывая, что R_з<<R_ч сопротивлением заземления нейтрали можно пренебречь. Тогда

Подставив в формулу значения исходных данных, вычислить значение тока.

.

Вывод: Ток больше 100 мА, следовательно, он является смертельным. Необходимо использовать электрозащитные средства (коврик или перчатки).

Таким образом, заземление нейтрали не обеспечивает защиту человека от опасности поражения электрическим током при прикосновении к токоведущим элементам сети независимо от ее вида.

 

Задача 3.9. Определить степень опасности электрического тока, если он протекает через тело человека при двухполюсном включении в трехфазную сеть с заземленной нейтралью. Фазное напряжение 220 В. Электрическое сопротивление заземления 8 Ом.

Исходные данные:

сеть – трехфазная; U_ф = 220 В

нейтраль – заземленная R_з = 8 Ом

включение – двухполюсное R_ч= 1000 Ом

Найти: I

Iч

Rз

Rч

Решение: Изобразить схему включения человека в электрическую сеть, обозначить элементы и показать путь тока, протекающего через человека.

Наиболее опасный ток протекает по цепи «рука-рука», т.к. человек оказывается под линейным напряжением, равным

U_л = U_ф = 220=380 (В).

Следовательно,

Вывод: Ток больше 100 мА, следовательно, он является смертельным. Необходимо использовать электрозащитные средства (коврик или перчатки).

Следует отметить, что двухполюсное включение в любую сеть независимо от вида нейтрали является наиболее опасным.