Практическое занятие 4.
Влияние вида и параметров электрической сети
На исход поражения электрическим током.
Расчёт защитного заземления
Теоретическая часть
Влияние вида и параметров электрической сети
на исход поражения электрическим током
Основным фактором поражения электрическим током является сила тока, проходящего через тело человека.
Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения. Пороговый ощутимый ток для переменного тока составляет 0,6 – 1,5 мА, а для постоянного – 5 – 7 мА.
Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, в которых зажат проводник. При таком токе человек не может самостоятельно разжать руку, в которой зажата токоведущая часть. Пороговый неотпускающий ток составляет 10 – 15 мА переменного тока и 50 – 60 мА постоянного.
Фибрилляционный ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца, т.е. беспорядочное сокращение волокон сердечной мышцы, нарушающие ритмичное нагнетание крови в сосуды и приводящие к остановке кровообращения. Пороговый фибрилляционный ток составляет 100 мА переменного тока и 300 мА постоянного при длительности 1 – 2 с по пути «рука-рука» или «рука-нога». Фибрилляционны ток может достич 5 А. При токах более 5 А наступает мгновенная остановка сердца.
Различают два основных вида поражения человека электрическим током — электрические травмы и электрические удары.
Электрической травмой называется ярко выраженное местное нарушение тканей организма (кожи, мышц, костей, связок). Характерными ее проявлениями являются ожоги, электрические кресты, металлизация кожи, механические повреждения.
Электрическим ударом называется возбуждение тканей, вызванное электрическим током в организме и сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц (например, рук, ног). В более тяжелых случаях наблюдается потеря сознания, нарушение работы сердечно-сосудистой системы или легких, что может привести даже к смертельному исходу. Во многих случаях возникает фибрилляция сердца. При электрическом ударе могут быть и другие виды нарушения деятельности организма – спазмы мозговых и коронарных сосудов, паралич дыхания и т. п.
Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от параметров электрической сети (напряжение сети, режима нейтрали электрической сети, значений сопротивлений изоляции и емкости нулевого и фазных проводов относительно земли) и электрического сопротивления тела человека, которое определяется сопротивлением кожного покрова и сопротивлением внутренних органов.
Полное электрическое сопротивление тела человека обладает сложными нелинейными характеристиками. Оно резко уменьшается при увеличении приложенного к телу напряжения, увеличении времени протекания тока через тело, при неудовлетворительном физическом и психическом состоянии
В качестве расчётного значения электрического сопротивления тела человека принимается величина Rh = 1000 Ом.
При напряжении до 1000 В широкое распространение получили трёхфазные четырёхпроводные сети с заземлённой нейтралью и трёхфазные сети с изолированной нейтралью.
Нейтраль – это точка соединения обмоток питающего цепь трансформатора или генератора. Нейтраль может быть изолированной или заземленной. Заземленной называется нейтраль, присоединенная к заземляющему устройству, либо непосредственно, либо через малое сопротивление. Изолированной называется нейтраль либо не присоединенная к заземляющему проводу, либо соединенная с ним через большое сопротивление.
В общем случае включение человека в электрическую цепь может быть двухфазным, когда он касается двух фазных проводов, или однофазным, когда он касается одного фазного провода и земли.
Наиболее опасным и чрезвычайно редким случаем прикосновения является двухфазное. В этом случае через тело человека проходит максимально возможный ток, величина которого не зависит от схемы электрической сети, режима нейтрали и других параметров электрической установки:
| (1) |
где Ih – ток, проходящий через тело человека, А;
Uл – линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными
проводами сети, В;
Rh – сопротивление тела человека, Ом;
Uф – фазное напряжение, В.
Пример 1.
Определить величину тока Ih, который пройдет через тело человека при двухфазном включении в трехфазную электрическую сеть, если фазное напряжение сети Uф =127 В, а сопротивление тела человека Rh =1кОм.
Через тело человека пройдет смертельно опасный ток величиной 220 мА, что выше порогового фибрилляционного тока в 2,2 раза.
Однофазное включение происходит значительно чаще, но является менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза. Кроме того, на значение этого тока влияют также режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.
При нормальном режиме работы сети с изолированной нейтралью при однофазном включении человека образуется цепь: «фазный провод – человек – сопротивление изоляции» (рис. 1). Ток, проходящий через человека, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов, которая обладает большим сопротивлением.
Рис. 1. Схема однофазного включения человека в цепь тока
в трехфазной сети с изолированной нейтралью
Значение тока, проходящего через человека, определяется для этого случая по формуле (2):
| (2) |
где Rоб – сопротивление обуви, Ом;
Rп – сопротивление пола, Ом;
Rиз – сопротивление изоляции фазных проводников, Ом.
Пример 2.
Определить величину тока Ih, который пройдет через тело человека при однофазном включении в трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью (режим работы – нормальный) при благоприятных условиях (человек стоит на сухом деревянном полу Rп = 150 кОм; обувь сухая на резиновой подошве Rоб = 50 кОм; сопротивление изоляции Rиз = 0,5 МОм) и неблагоприятных условиях (человек стоит на токопроводящем полу Rп = 0,04 кОм; обувь сырая Rоб = 0,2 кОм; сопротивление изоляции Rиз = 0,05 МОм). Фазное напряжение сети Uф =220 В; сопротивление тела человека Rh =1кОм.
Благоприятные условия:
Через тело человека пройдет ток величиной 0,6 мА, что соответствует неопасному пороговому ощутимому току.
Неблагоприятные условия:
Через тело человека пройдет ток величиной 12 мА, что соответствует опасному пороговому неотпускающему току.
В сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости не только от сопротивления пола и обуви, но и от сопротивления изоляции проводов относительно земли: чем лучше изоляция, тем меньше ток, протекающий через человека.
В таких сетях очень важно обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного устранения возникших неисправностей.
Электрическая изоляция силовой или осветительной электропроводки считается достаточной, если ее сопротивление между проводом каждой фазы и землей, или между разными фазами на участке, ограниченном последовательно включенными плавкими предохранителями, составляет не менее 0,5 МОм (согласно ПУЭ).
Однако если в такой сети имеется большая емкость относительно земли (разветвленные кабельные линии, длинные воздушные линии), то и однофазное прикосновение будет опасным, несмотря на хорошую изоляцию проводов.
При нормальном режиме работы сети с заземлённой нейтралью при однофазном включении человека образуется цепь: «фазный провод – человек – заземлитель – нейтраль трансформатора» (рис. 2).
Рис. 2. Схема однофазного включения человека в цепь тока в трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью
Ток, протекающий через человека, при прикосновении к фазному проводнику определяется фазным напряжением сети UФ, сопротивлением пола Rп и обуви Rоб и сопротивлением заземления нейтрали R0.
Значение тока, проходящего через человека, определяется для этого случая по формуле (3):
| (3) |
где R0 – сопротивление заземления нейтрали, Ом.
Пример 3.
Определить величину тока Ih, который пройдет через тело человека при однофазном включении в трехфазную четырехпроводную электрическую сеть с зазёмленной нейтралью (режим работы – нормальный) при благоприятных условиях (человек стоит на сухом деревянном полу Rп = 150 кОм; обувь сухая на резиновой подошве Rоб = 50 кОм) и неблагоприятных условиях (человек стоит на токопроводящем полу Rп = 0,04 кОм; обувь сырая Rоб = 0,2 кОм). Фазное напряжение сети Uф =220 В; сопротивление тела человека Rh =1кОм; сопротивление заземления нейтрали R0 =4 Ом
Благоприятные условия:
Через тело человека пройдет ток величиной 1 мА, что соответствует неопасному пороговому ощутимому току.
Неблагоприятные условия:
Через тело человека пройдет смертельно опасный ток величиной 177 мА, что выше порогового фибрилляционного тока в 1,77 раза.
Сети с изолированной нейтралью широко применяются в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особо опасных по условиям электропоражения.
К таким электроустановкам относятся системы энергоснабжения:
– медицинских учреждений, больниц, судов;
– железнодорожных предприятий;
– предприятий горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, хими-ческой промышленности;
– испытательного, лабораторного, взрывоопасного производства и др.
Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивной среды, больших емкостных токов и т.д.). Примером таких сетей являются крупные современные предприятия, сети ЖКХ.