В соответствии с ГОСТами [2,9] в электроустановках должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие защиту как от непосредственного прикосновения к токоведущим частям (прямого контакта), так и от косвенного прикосновения, т.е. соприкосновения с открытыми проводящими частями, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения.
Способы и средства можно подразделить на три вида:
а) Организационные, снижающие вероятность прикосновения человека к токоведущим частям электроустановки: инструктаж, применение индивидуальных среде защиты, правильная организация рабочего места и режима труда, применение предупреждающих плакатов, сигнализация о включении напряжения и т.д.;
б) Организационно-технические, препятствующие появлению напряжения на нетоковедущих частях электроустановки: ограждение и изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная) с устройством непрерывного контроля, применение блокировок, переносных заземлителей, изолированных рабочих мест, обеспечение безопасных режимов работы сети;
|
|
в) Технические, обеспечивающие защиту человека, при попадании под напряжение:
-компенсация емкостных токов утечки;
-защитное заземление;
-зануление;
-защитное отключение с самоконтролем;
-выравнивание потенциалов;
-применение малого напряжения (42В);
-электрическое разделение сетей;
-защита от перехода высокого напряжения на сторону низкого напряжения;
-защита от замыканий на землю.
Эти способы и средства применяют отдельно или в сочетании в зависимости от напряжения сети, рода тока, режима нейтрали трансформатора, возможных условий включения человека в цепь тока (двухфазное, однофазное прикосновение к голым проводам или частях, оказавшимся под напряжением, попадание под напряжение в зоне растекания тока и др.)
3. Анализ опасности электрических сетей с заземленной и изолированной нейтралью
Протекание тока через тело человека возможно при его включении в электрическую цепь, для чего необходимо прикосновение человека не менее чем к двум точкам цепи,.между которыми существует некоторая разность потенциалов. Опасность поражения зависит от величины напряжения и условий включения.
Рассмотрим сети переменного тока. Для питания потребителей используются однофазные и трехфазные сети, причем чаще всего трехфазные. Трехфазные сети могут быть выполнены по разным схемам, однако в нашей стране наибольшее применение имеют две: трехпроводная с изолированной нейтралью и четырехпроводная с заземленной нейтралью. При этом в четырехпроводных сетях заземление нейтрали источника тока (трансформатора, генератора) выполняют, соединяя с заземлителем либо непосредственно, либо через малое сопротивление (напр, через трансформатор тока).
|
|
Нейтралью источника называют среднюю точку обмотки, напряжение которой относительно всех внешних выводов обмотки одинаково по абсолютной величине. Заземленная нейтральная точка называется нулевой точкой, а проводник, присоединенный к нулевой точке, называют нулевым проводником.
Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными, однако наиболее характерны две схемы: между двумя фазами электрической сети и между одной фазой и землей. Во втором случае подразумевается электрическая связь между сетью и землей, которая может быть обусловлена несовершенством изоляции проводов относительно земли, наличием емкости между проводами и землей, заземлением нейтрали источника. Ниже рассмотрены эти схемы включения.
Двухфазное включение (одновременное прикосновение к двум фазам) в трехфазной сети. В этом случае человек попадает под междуфазное напряжение, которое и определяет величину тока через человека. В наиболее распространенных электрических сетях 220/380 В, это напряжение равно 380 В.
Uф
Рис.З. Путь тока при двухфазном прикосновении
Значение тока через тело человека при этом равно: Ih=Uл/Rh; Uл = *U, тогда Ih=380/1000=380мА. Такой ток при времени протекания более 0,08с смертельно опасен. (см.стр.7)
Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью. Схема такого включения показана на рис.4.
Если не учитывать сопротивление пола (напр., пол металлический, Rà0) и сопротивление обуви (надо рассматривать наиболее тяжелый случай), то ток, протекающий через человека в этом случае, является смертельно опасным при длительности около 0,2с (см.стр.7).
Ih=Uф/Rh =220/1000=220мА
Uф
Рис.4. Однофазное прикосновение
Третий вариант включения - однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью.
Ток поражения в этом случае зависит от активного и емкостного сопротивления изоляции проводов, а также сопротивления тела человека.
Из-за несовершенства изоляции всегда имеют место утечки тока через ее активную и емкостную проводимости (рис.5а). Эти параметры линии являются распределенными по длине и растут с ее увеличением.
Рис.5.Схемы изоляции: а-рабочая; б-эквивалентная
Эквивалентная схема замещения состоит из двух ветвей: активное сопротивление Rиз и емкостное
Фактически распределенные по длине линии сопротивления изоляции условно на схемах заменяют сосредоточенными параметрами.
Переходя от сопротивления к проводимости, получим: , где
gиз= 1/Rиз, а bиз=w*cиз
Ток через человека, прикоснувшегося, напр., к фазе 1, стекает на землю и, далее, по распределенным проводимостям изоляции двух других фаз и по фазным проводам возвращается к трансформатору.
Рис.6 Схемы трехфазной сети с изолированной нейтралью
а) принципиальная схема; б) схема замещения Прикосновение человека к одной из фаз нарушает симметричный режим сети и вызывает так называемый перекос фаз - напряжения разных фаз относительно земли становятся неодинаковыми. На рис.7, показано как меняются вектора напряжений при прикосновении человека к 1 фазе. Значение тока Ih можно определить, напряжение этой фазы относительно земли.
Рассчитаем Ih в случае однофазного прикосновения. В симметричном режиме при Y1=Y2=Y3=Y потенциал нейтрали (точка О) равен потенциалу земли (точка О’ ), (рис.Та.) Симметрия нарушается, когда человек коснется фазы (рис. 76). В этом случае между указанными точками (двумя узлами схемы) появляется разность потенциалов, которую можно найти по известному методу
Двух узлов.
Рис.7. Векторная диаграмма напряжений фаз относительно земли
|
|
а - в симметричном режиме Y1=Y2=Y3=Y,
б - в случае прикосновения человека к фазе 1
Напряжение между двумя точками схемы О и О’ равно
С учетом того, что
Тогда ток, проходящий черед тело человека, можно найти следующим образом:
В действительной форме ток будет равен:
Рассмотрим частные случаи прикосновения к сети: а) В электропроводках небольшой протяженности емкость проводов относительно земли мала Сизà0. В этом случае Zиз = Rиз, тогда ток Ih равен:
Очевидно, что с увеличением Rиз ток через человека при прикосновении к фазному голому проводу будет уменьшаться. Эта зависимость представлена на рис.8.
, кОм
Рис.8. Зависимость тока Ih от сопротивления Rиз
б) Воздушные протяженные сети, кабельные линии даже при хорошей изоляции (Rиз à ¥) представляют опасность для человека из-за больших значений емкостей относительно земли. Напр., удельная емкость одной фазы кабеля в зависимости от сечения составляет от 0,15 до 0, 45 мкФ/км. Пренебрегая активной проводимостью изоляции, ток Ih можно найти по формуле:
Зависимость тока поражения от емкости фаз относительно земли представлена на рис.9.
Рис.9. Зависимость тока Ih от емкости