3.4. 7. Умови ураження людини електричним струмом
Аналіз небезпеки електроустановок зводиться до визначення значення струму, котрий протікає через тіло людини при різних можливих варіантах потрапляння її під напругу внаслідок дотику до струмоведучих частин електричних мереж, неструмоведучих частин електроустановок, котрі опинились під напругою при пошкодженні ізоляції, або внаслідок спинення під напругою кроку, а також до оцінки впливу різних чинників та параметрів мережі на небезпеку ураження.
Електричні мережі бувають постійного та змінного струмів. Мережі змінного струму бувають однофазові та багатофазові. Найбільш поширені — трифазові мережі змінного струму. За режимом нейтралі трансформатора або генератора трифазові мережі можуть бути з ізольованою або глухозаземленою нейтраллю. Ізольованою називають нейтраль, ізольовану від заземлювального пристрою або приєднану до нього через апарати з великим опором (трансформатори напруги, компенсаційні котушки). Глухозаземленою називають нейтраль, приєднану до заземлювалюного пристрою безпосередньо або через апарати з малим опором (трансформатори струму).
Небезпека мереж однофазового струму. Однофазові мережі та мережі постійного струму можуть бути ізольованими від землі, мати заземлений полюс або середню точку.
При однополюсному дотику до провідника (рис. 3.11) людина виявляється під'єднаною до другого провідника через опір розтіканню струму.
З огляду на те, що однофазові мережі змінного струму мають невелику протяжність, ємністю провідників відносно землі можна знехтувати, а для мереж постійного струму ємність не враховується, оскільки струм розтікання через ємність рівняється нулю. З метою спрощення можна вважати, що струми розтікання обох провідників однакові, тобто
Значення сили струму, що
протікає через людину, отримане з еквівалентної схеми:
де U — напруга, В;
Нл — опір тіла людини, Ом;
|
|
| Рис. 3.11. Схема дотику до провода ізольованої мережі |
г — струми розтікання провідників.
Дотик людини до незаземленого провідника мережі з заземленим полюсом (рис.3.12) зумовлює протікання струму через тіло людини
де RO — опір заземлення
полюса, Ом.
Однак, враховуючи, що R0«Rn, вважаємо, що
Рис. 3.12. Схема дотику до незаземленого провода мережі з заземленим полюсом
Дотик до справного провідника при замиканні іншого провідника на землю (рис.3.13). Цей дотик зумовлює струм через тіло людини
де RK — опір короткого
замикання, Ом.
Рис. 3.13. Схема дотику до провода несправної мережі
При дотику до одного з проводів мережі з заземленою середньою точкою (рис. 3.14). Людина опиняється під напругою, котра складає половину напруги мережі:
де R3 — опір заземлення
середньої точки, Ом.
Рис. 3.14. Схема дотику до провода мережі з заземленою середньою точкою
Двополюсний дотик (рис. 3.15). Людина опиняється під напругою мережі. Сила струму в цьому випадку визначається за формулою:
|
|
| Рис. 3.15. Схема дотику до двох проводів мережі |
Аналіз наведених вище формул свідчить, що найбільш небезпечним є двополосний дотик за будь-якого режиму нейтралі відносно землі,, оскільки в цьому випадку струм, котрий протікає через тіло людини, визначається лише опором її тіла. Найменш небезпечним є дотик до провідника ізольованої мережі за нормального режиму роботи.
Небезпека трифазових електричних мереж з ізольованою нейтраллю. Провідники електричних мереж відносно землі мають ємність та активний опір — опір розтікання, рівний опору ізоляції та шляху струму на землю (рис.3.16). Загалом ці ємності та опори розтікання різні. З метою спрощення аналізу припускаємо, що вони рівні, тобто С =С,=С =С та r =r=r =r.
а о с
|
|
| де иф — фазова напруга мережі, В; Z — комплексний опір фазового провідника відносно землі; |
|
|
|
|
Дотик людини до одного з фазових проводів (однофазовий дотик) справної мережі. При такому дотику провідність цього провідника відносно землі зменшується і відбувається зміщення нейтралі, тобто перекос фаз (рис.3.16). Струм, що проходить через тіло людини, виражається залежністю:
Рис. 3.16. Схема дотику до однієї фази справної мережі
У випадку коротких електричних мереж (при малих ємностях фазових проводів відносно землі ОО) вираз для значення сили струму через людину запишеться так:
|
|
|
|
Рис. З 17. Схема дотику до двох фаз справної мережі
В аварійному режимі роботи мережі за умови замикання однієї з фаз на землю (рис. 3.18) струм, котрий проходить через людину, доторкнувшись до справної фази, виразиться залежністю:
|
|
(3-13)
де RK — опір короткого замикання, Ом.
Якщо перехідним опором RK в місці замикання на землю можна знехтувати порівняно з опором ланки людини, то
|
|
(3.14)
Рис. 3.18. Схема дотику до справної фази несправної мережі
Таким чином, при дотику до одного з фазових проводів мережі з ізольованою нейтраллю в нормальному режимі струм через людину залежить від опору втрати та ємності мережі відносно землі. Замикання однієї з фаз на землю значно підвищує небезпеку однофазового дотику, оскільки в цьому випадку людина опиняється під напругою, близькою до лінійної. Найнебезпечнішим є дво-фазовий дотик.
Небезпека трифазових електричних мереж з глухо-заземленою нейтраллю. Трифазові електричні мережі з глухозаземленою нейтраллю мають малий опір між нейтраллю та землею. Напруга будь-якої фази справної мережі відносно землі дорівнює фазовій напрузі. Струм через людину при однофазовому дотику (рис. 3.19) визначається за виразом:
де Ro — опір робочого заземлення нейтралі.
Опором робочого заземлення нейтралі (R0«10 Ом) можна знехтувати порівняно з опором ланки людини, тому
Рис 3.19 Схема дотику до однієї фази справної мережі
|
|
|
|
При двофазовому дотику (рис. 3.20) людина опиняється під лінійною напругою, як і в мережах з ізольованоюлейтраллю, і струм через людину визначається за виразом:
Рис. 3.20. Схема дотику до двох фаз справної мережі
В аварійному режимі, коли одна з фаз мережі замкнена на землю, відбувається перерозподіл напруги, і напруга справних фаз відносно землі відрізняється від фазової напруги мережі. Доторкнувшись до справної фази, людина опиняється під напругою и'л, котра більша, ніж фазова, але менша, ніж лінійна (рис. 3.21), і струм, що проходить через тіло людини:
Таким чином, дотик до справної фази при замиканні другої фази на землю небезпечніший, ніж дотик до фази в нормальному режимі роботи трифазової мережі з глухозаземленою нейтраллю, а найбільш небезпечним є двофазовий дотик.
Рис 3 21 Схема дотику до справної' фази несправної мережі
Аналіз різних випадків дотику людини до проводів трифазових електричних мереж показує наступне.
— найменш небезпечним є однофазовий дотик до провода справної мережі з ізольованою нейтраллю;
—7 при замиканні однієї з фаз на землю небезпека однофазового дотику до справної фази більша, ніж в справній мережі за будь-якого режиму нейтралі;
/— найбільш небезпечним є двофазовий дотик за будь-якого режиму нейтралі.
Напруга дотику — це напруга між двома точками ланки струму, котрих одночасно торкається людина. Чисельно вона дорівнює різниці потенціалів корпуса <рк та точок грунту, в котрих знаходяться ноги людини
ф^ (рис. 3.22), тобто
Величину а називають коефіцієнтом напруги дотику. В межах зони розтікання струму а <1, а за межами цієї зони а =1.
Напруга дотику зростає зі збільшенням віддалі від заземлювача, і за межами зони розтікання струму вона дорівнює напрузі на корпусі обладнання. Струм, що протікає через людину:
Рис. 3.22. Напруга дотику при одинарному заземлювачі:
І — потенційна крива, II — крива, що характеризує зміну напруги дотику Unp при зміні
відстані від заземлювача х
Крокова напруга — це напруга між двома точками ланки струму, котрі знаходяться одна від одної на віддалі кроку і на котрих одночасно стоїть людина. Чисельно крокова напруга дорівнює різниці потенціалів точок, на котрих знаходяться ноги людини (рис. 3.23).
При розташуванні однієї ноги людини на віддалі х від заземлювача та ширині кроку а (в практичних розрахунках а=0,8 м)
|
|
|
|
Рис. 3.23. Крокова напруга
Напруга дотику максимальна біля заземлювача і зменшується з віддаленням від заземлювача. Поза межами поля розтікання вона рівна нулю. Крокова напруга також зростає зі збільшенням ширини кроку.
Струм, зумовлений кроковою напругою:
h = -f- (3.26)
Умови ураження людини напругою дотику та кроковою напругою різні, оскільки струм протікає різними шляхами. При напрузі дотику — через грудну клітку, а при кроковій напрузі — по нижній петлі. Значна крокова напруга викликає судоми в ногах, людина падає, потім ланка струму замикається вздовж всього тіла людини.