После решения каждой задачи необходимо оценить состояние человека (по значению протекающего тока или приложенного напряжения) и предложить мероприятия по оказанию помощи пострадавшему.
Номер задачи выбирается в соответствии с последней цифрой учебного шифра студента, а вариант в соответствии со следующей таблицей
Варианты задач
| Предпоследняя цифра учебного шифра студента | Варианты задачи |
| 1или 6 | А |
| 2 или 7 | Б |
| 3 или 8 | В |
| 4 или 9 | Г |
| 5 или 0 | Д |
Задача № 1
Сотрудник офиса коснулся корпуса холодильника, который в результате неисправности оказался электрически связанным с питающим фазным проводом. Определите значения токов проходящих через тело человека при разной влажности пола, опишите, какие ощущения будет испытывать сотрудник в двух указанных случаях. Определите значения напряжений прикосновения при разном состоянии пола. Как зависит сопротивление тела человека от величины напряжения прикосновения?
После ответа на поставленные вопросы сделайте выводы относительно влияния различных элементов цепи тока через тело человека на его величину, о том можно ли полагаться на изолирующие свойства обуви и пола, о необходимости средств защиты от поражения электрическим током в подобных ситуациях. Какие средства защиты Вы могли бы предложить?
Исходные данные
Корпус холодильника не занулен и не касается никаких заземленных конструкций. Питающая сеть трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью, фазное напряжение - 220 В. Сотрудник стоит на деревянном полу в промокших из-за дождя ботинках.
Схема для анализа
ro – сопротивление заземления нейтрали;
rб – сопротивление ботинок;
rп – сопротивление пола между подошвами ботинок и "землей";
rфун – сопротивление растеканию тока с фундаментом здания;
Rh – сопротивление тела человека.
| Вариант | ro, Ом | rб, Ом | rп, Ом | rфун, Ом | Rh, Ом | |
| пол мокрый | пол сухой | |||||
| А | 3,7 | |||||
| Б | 5,9 | |||||
| В | 6,8 | |||||
| Г | 9,3 | |||||
| Д | 2,9 |
 |
Эквивалентная схема
Ток через тело человека определяется по формуле:
,
где E – фазное напряжение питающей сети.
Напряжение на теле человека (напряжение прикосновения) рассчитываются по формуле:
Задача № 2
Сотрудник офиса стоит, касаясь рукой корпуса системного блока персональной ЭВМ. Доставая документы из стоящего рядом сейфа, он второй рукой коснулся его металлической полки. Шнур питания системного блока оснащен вилкой с двумя рабочими и третьим защитным контактом (по европейскому стандарту), но розетка, к которой он подключен, имеет только два рабочих контакта (российская конструкция), что является нарушением действующих правил. В результате неисправности произошло замыкание фазного проводника на корпус системного блока. Сейф имеет электрическую связь с металлическими конструкциями здания. Определите значения токов проходящих через тело сотрудника до его прикосновения к сейфу и после прикосновения. Определите значения напряжений прикосновения до и после касания сотрудника сейфа.
Сделайте выводы относительно влияния различных элементов цепи тока через тело человека на опасность поражения, об обоснованности требований действующих правил. Где, помимо правил, должно быть указано требование об использовании розетки с третьим защитным контактом? Какие меры, исключающие возможность возникновения рассмотренной ситуации, Вы могли бы предложить?
Исходные данные
Питающая сеть - трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью; фазное напряжение – 220 В. Сопротивлением заземления нейтрали пренебречь.
Схема для анализа
rоб – сопротивление обуви сотрудника
rп – сопротивление пола между подошвами обуви и заземленными конструкциями здания
rфун – сопротивление растеканию тока с фундамента здания
Rhрр – сопротивление тела сотрудника по пути рука - рука
Rhрн – сопротивление тела сотрудника по пути рука - ноги
| Вариант | rоб, Ом | rп, Ом | rфун, Ом | Rhрр, Ом | Rhрн, Ом | |
| Сотрудник не касается сейфа | Сотрудник касается сейфа | |||||
| А | 150 000 | 95 000 | 1 100 | 6 000 | 1 900 | |
| Б | 86 000 | 73 000 | 9 300 | 1 800 | ||
| В | 41 000 | 670 000 | 49 000 | 1 500 | ||
| Г | 270 000 | 15 000 | 9 000 | 1 600 | ||
| Д | 16 000 | 240 000 | 17 000 | 1 400 |
Эквивалентная схема
Ток до прикосновения к сейфу (
в схеме отсутствует) определяется по формуле:
,
где Е – фазное напряжение питающей цепи.
После прикосновения к сейфу ( подключено) ток через жизненно важные органы (сердце, легкие) можно считать равным сумме токов по путям рука – ноги и рука-рука:
Значения напряжений прикосновения до и после касания сотрудника сейфа определяются по формуле:
Значение 
во втором случае можно принять равным .
Задача № 3
По распоряжению руководителя отдела автоматизации банка для защиты вычислительной техники от электромагнитных помех было выполнено заземление. Корпуса оборудования, используемого для обработки важной информации, были присоединены к заземлителю и, в нарушение действующих правил, отсоединены от нулевого защитного проводника. Оцените опасность для сотрудницы банка, коснувшейся ногой шины заземления, а рукой - металлической двери, имеющей электрическую связь с металлическими конструкциями здания, и для сотрудника охраны банка касающегося рукой зануленного пульта охранной сигнализации, а ногой - водопроводной трубы. Возникновение опасности обусловлено тем, что произошло замыкание фазы на корпус одного из заземленных системных блоков.
Сделайте выводы о правомерности решения руководителя отдела автоматизации, об эффективности работы служб охраны труда и главного энергетика банка, о влиянии различных элементов цепи замыкания на землю на условия безопасности.
Схема для анализа
rк – сопротивление заземления корпусов вычислительного оборудования
rфун – сопротивление растеканию тока в земле фундамента здания
rв – сопротивление растеканию тока в земле системы водопровода
Rh1 – сопротивление тела сотрудницы банка
Rh2 – сопротивление тела сотрудника охраны
| Вариант | rк, Ом | rфун, Ом | rв, Ом | Rh1, Ом | Rh2, Ом |
| А | 3,8 | ||||
| Б | 7,6 | ||||
| В | 9,4 | ||||
| Г | 5,3 | ||||
| Д | 6,7 |
Эквивалентная схема
Для оценки опасности следует определить напряжения между точками а и з – 
и точками о и з – 
. Сопротивления цепочек 
, 
и 
, 
намного больше сопротивлений 
и 
, соответственно, по этому при определении и их влиянием можно пренебречь. При таком допущении величина тока замыкания на землю 
определяется по формуле:
,
где Е – фазное напряжение сети.
Напряжения и определяются по формулам:
,
Значения токов через сотрудников банка определяются по формулам:
,
Напряжения прикосновения составят:
,
Задача № 4
При возвращении из аэропорта коммерческого директора и переводчицы фирмы после проводов иностранных партнеров произошла поломка автомобиля. Пока шофер занимался ремонтом, переводчица спустилась с дороги, чтобы набрать полевых цветов. Не заметив лежащий в траве оборванный фазный провод воздушной линии электропередачи, она наступила на него ногой. Оценить опасность электропоражения, если ноги находятся на одной прямой с оборванным проводом. Обувь промокла от росы, поэтому ее сопротивление можно не учитывать. Сопротивлением растекания с ног пренебречь. Длина участка провода, лежащего на земле, намного больше его диаметра d.
Опишите все способы, которыми могут воспользоваться коммерческий директор и шофер для освобождения пострадавшей от воздействия электрического тока.
Исходные данные
Линия электропередачи трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью, фазное напряжение - 220В. Диаметр провода - 14мм. Расстояние от конца провода, которого коснулась нога до второй ноги - 0,7м.
 |
Схема для анализа
Rh - cопротивление тела переводчицы по пути тока нога-нога
l - длина участка провода лежащего на земле
r - удельное сопротивление грунта
ro - сопротивление заземления нейтрали
| Вариант | Rh, Ом | l, м | r, Ом×м | ro, Ом |
| А | 5,7 | |||
| Б | 9,3 | |||
| В | 8,1 | |||
| Г | 6,2 | |||
| Д | 3,4 |
Вблизи упавшего провода потенциалы поверхности земли изменяются, как показано на рисунке.
Нога, которая касается провода, имеет потенциал 
Для определения потенциала провода необходимо, прежде всего, найти сопротивление Rp растекания тока с участка этого провода, лежащего на земле.
В сети с заземленной нейтралью основная часть тока замыкания на землю в данной ситуации проходит через сопротивление Rp и сопротивление заземления нейтрали ro.
Таким образом, 
,
где Е – фазное напряжение сети.
Потенциал определяется из формулы
Потенциал ноги, стоящей на земле определяется из выражения для распределения потенциалов протяженного заземлителя круглого сечения:
,
где x – расстояние от середины участка провода лежащего на земле, до второй ноги:
Разность между потенциалами ног – шаговое напряжение
Задача № 5
При вручении победительнице танцевального конкурса специального приза от фирмы, ее представитель держал в руке микрофон, корпус которого в результате неисправности оказался электрически соединенным с фазой питающей сети. Победительница конкурса наступила ногой на нулевой провод, идущий от осветительных установок. В момент вручения приза оба получили электрический удар. Оцените опасность ситуации и сделайте предположение об ее исходе. Проанализируйте ситуацию, в которой представитель фирмы, прежде чем вручить приз, передал бы победительнице микрофон для ответного слова. Попробуйте ответить на те же вопросы, что были заданы относительно предыдущего случая.
Что, на Ваш взгляд, является основной этой и других подобных опасных ситуаций? Какие защитные средства, по Вашему мнению, могли бы предотвратить такие несчастные случаи?
Исходные данные
Электрооборудование сцены запитано от трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью; фазное напряжение - 220В. Проводимостью сцены пренебречь.
.
Схема для анализа
Rh1 – сопротивление тела победительницы по пути тока рука-нога
Rh2 – сопротивление тела представителя фирмы по пути тока рука-рука
rоб – сопротивление обуви победительницы конкурса
| Вариант | Rh1, Oм | Rh2, Oм | rоб, Oм |
| А | |||
| Б | |||
| В | |||
| Г | |||
| Д |
Эквивалентная схема
|
Сопротивление заземления нейтрали ro находится вне контура поражающего тока Ih, поэтому на его величину не влияет.
Через участников церемонии награждения протекает одинаковый ток
,
где Е - фазное напряжение сети
Напряжение прикосновения отличаются, поскольку сопротивления участников церемонии награждения разные:
,
.
Задача № 6
При ремонтных работах в подвальном помещении страховой компании была повреждена изоляция осветительной проводки, и фазный провод коснулся арматуры железобетонного перекрытия, электрически связанной с арматурой фундамента здания. Оцените опасность для сотрудницы компании, которая, разговаривая по телефону в своем кабинете, положила ноги на батарею отопления, при этом рукой она коснулась корпуса зануленного принтера. Для упрощения анализа будем полагать, что сотрудница касается батареи оголенной ногой.
Исходные данные
Система освещения и все оборудование страховой компании запитаны от трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью; фазное напряжение - 220В. Сопротивление заземления нейтрали rо - 3.9 Ом.
Схема для анализа
rфун - сопротивление растеканию тока в земле фундамента здания
rот - сопротивление растеканию тока в земле системы топления
Rh - сопротивление тела сотрудника компании
| Вариант | rфун, Ом | rот, Ом | Rh, Ом |
| А | |||
| Б | |||
| В | |||
| Г | |||
| Д |
Эквивалентная схема
|
Чтобы определить напряжение прикосновения и ток проходящий через тело человека нужно сначала найти напряжение между нейтральной точкой и землей Uоз. Между точками о и з расположены сопротивление rо и цепь из сопротивлений Rh и rот. При определении напряжения Uоз влиянием Rh и rот можно пренебречь, поскольку их сумма на несколько порядков больше сопротивления rо. Таким образом, ток замыкания на землю Iз находится по формуле:
,
где Е - фазное напряжение сети.
Поскольку практически весь ток Iз проходит через сопротивление rо,
Uоз = Iзrо
Ток через тело сотрудника компании:
Напряжение прикосновения:
Uпр = IhRh
Задача № 7
При демонстрации новых образцов продукции на технической выставке произошло замыкание фазного провода на корпус одного из представленных приборов. В момент замыкания представитель фирмы-покупателя касался корпуса этого прибора; другой рукой он облокотился о металлическое ограждение, разделяющее экспозиции участников выставки. Оцените, какой опасности он подвергается, если выставленные экспонаты занулены. Вычислив величину напряжения прикосновения и время, в течение которого на человека будет действовать это напряжение, определите по таблице 2 ГОСТ 12.1.038-82, является ли такое электрическое воздействие допустимым.
Сделайте выводы относительно правильности выбора устройства токовой защиты (теплового расцепителя).
Попробуйте оценить опасность подобной ситуации, если человек касается не корпуса прибора, в котором произошло замыкание, а корпуса рядом стоящего зануленного прибора.
Исходные данные
Приборы фирмы-экспонента, в секции которой произошла авария, запитаны от трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью через автоматический тепловой расцепитель АЕ-1000 на ток 16А, фазное напряжение сети - 220В. Металлическое ограждение имеет электрическую связь через конструкции здания с его фундаментом.
Взаимной индуктивностью между фазным и нулевым проводом пренебречь. Индуктивностями фазных и нулевого проводников пренебречь. Сопротивлениями растекания тока с фундамента здания rфун и заземления нейтрали rо по сравнению с сопротивлением тела человека Rh пренебречь. Проводимостью обуви и пола между ногами человека и металлическими заземленными конструкциями здания пренебречь.
Схема для анализа
RФ - сопротивление фазного проводника от источника питания до места замыкания
RН - сопротивление нулевого проводника от источника питания до места замыкания
| Вариант | RФ,Ом | RН,Ом | ZТ/3,Ом |
| А | 0,56 | 0,97 | 0,22 |
| Б | 0,87 | 0,43 | 0,11 |
| В | 0,32 | 0,54 | 0,18 |
| Г | 1,03 | 1,76 | 0,53 |
| Д | 0,44 | 0,75 | 0,08 |
ZТ/3 - сопротивление обмотки источника питания сети
Характеристики теплового расцепителя
При замыкании фазного провода на корпус зануленного прибора, ток замыкания протекает по двум ветвям: через нулевой проводник (Iн) и через тело человека, rфун. и rо (Ih).
Эквивалентная схема
Сопротивление первой ветви (RН) намного меньше, чем сопротивление второй ветви (Rh+rфун.+rо), поэтому практически весь ток замыкания пойдет через нулевой провод. Этот ток определяется по формуле:
Сопротивления, Rф и Rн очень малы, поэтому ток Iз велик (намного превышает ток потребления приборов, запитанных через расцепитель). Такие большие токи называют токами короткого замыкания и обозначают Iкз.
После определения Iкз можно по характеристикам расцепителя найти время его срабатывания tср.,
| Кратность тока (отношение тока короткого замыкания Iкз к номинальному току расцепителя Iн ) | |||||||||||
| Время срабатывания расцепителя, c | 1,8 | 1,0 | 0,8 | 0,5 | 0,35 | 0,3 | 0,25 | 0,15 | 0,12 | 0,09 |
а также вычислить падение напряжения на нулевом проводнике Uао:
Ветвь тока, протекающего через тело человека, тоже расположена между точками a и o. Поскольку в этой ветви сопротивление тела человека Rh намного превосходит два остальных сопротивления (rо и rфун), падение напряжения на теле человека Uпр будет практически равно напряжению Uао
Задача № 8
Находящийся в командировке сотрудник отдела маркетинга принимал ванну в своем гостиничном номере. Коснувшись рукой крана, он получил электрический удар.
К несчастному случаю привела следующая цепь событий: При последнем ремонте сантехники ванна была заменена, но ремонтники, в нарушение действующих правил, не выполнили металлическую связь между ванной и системой водопровода. В системе канализации здания произошла утечка. Место утечки находилось недалеко от заземлителя трансформаторной подстанции. Из-за сильного увлажнения грунта система канализации оказалась под потенциалом 
, где 
- потенциал заземленной нейтрали трехфазной вторичной обмотки трансформатора подстанции.
Пользуясь литературой [7] или [8], укажите, какие ощущения будет испытывать человек, принимающий ванну. С помощью ГОСТ 12.1.038-82 оцените степень опасности, которой он подвергается. Что может предпринять пострадавший, если он не в состоянии разжать пальцы руки, обхватившей кран?
Исходные данные
Потенциал нейтрали был повышен вследствие замыкания одного из фазных проводов на металлические конструкции, имеющие связь с землей. Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора подстанции - 220В. Сопротивление заземления нейтрали (с учетом влияния сопротивления растеканию тока в земле системы канализации rк ) - 3,2 Ом.
Схема для анализа
Rh – сопротивление тела человека
rв – сопротивление растеканию тока в земле водопровода
rкв – сопротивление электрической связи между краном и ванной
rзм – сопротивление растеканию в земле конструкций, на которые произошло замыкание
| Вариант | Rh, Ом | rв, Ом | rкв, Ом | rзм, Ом |
| А | ||||
| Б | 8,7 | |||
| В | ||||
| Г | 9,9 | |||
| Д |
Прежде всего, необходимо найти потенциал нейтрали подстанции. Его величина определяется напряжением сети и сопротивлениями ro и rзм.
Эквивалентная схема для определения φо
Сначала найдем значения тока замыкания на землю IЗ:
,
где Е – фазное напряжение.
Потенциал нейтральной точки определяется по формуле:
Теперь можно найти и перейти к определению тока через тело человека Ih и напряжения прикосновения Uпр.
Эквивалентная схема для определения Ih иUпр
Как видно из схемы, rк подключено параллельно источнику напряжения, поэтому его величина для последующих вычислениях значения не имеет. Вместе с тем, следует сказать, что rк оказывает влияние на уровень 
.
Поскольку Rh>>rкв , значение Uпр определяется главным образом параметрами, rкв и rв(Iв 
Iкв)
Ток через тело человека:
Задача № 9
Возвращаясь домой после презентации нового проекта офис-менеджер сбился с дороги и оказался недалеко от карьера. Обходя лужу, он поднялся на кучу земли и, удерживая равновесие, взялся за провод радиофикации. Провода радиолинии из-за обрыва касались фазного провода линии электропередачи. С помощью ГОСТ 12.1.038-82 оцените опасность ситуации для офис-менеджера. Какие ощущения он испытает? (См. [7] или [8]). Какие способы его освобождения от действия электрического тока Вы можете предложить? Какие технические средства защиты способны в подобной ситуации сохранить жизнь пострадавшего? Можно ли считать такой несчастный случай связанным с производством, если во время презентации офис-менеджер исполнял свои обязанности.
Исходные данные
Линия, питающая электрооборудование карьера, трехфазная, трехпроводная, нейтральная точка источника питания изолирована. Емкости между фазными проводами линии и землей одинаковы, активной проводимостью изоляции пренебречь. Частота напряжения питающей линии - 50Гц. Земля после дождя сырая, обувь мокрая; сопротивлениями растеканию тока с ног пострадавшего и сопротивлением обуви пренебречь.