Условия поражения электрическим током

Схема включения человека в электрическую цепь. Поражение человека током возникает при протекании через него тока в результате включения тела в электрическую цепь. Наиболее типичными являются две схемы включения: между двумя проводами (двухфазное включение) и между проводом и землей (однофазное включение).

Двухфазное включение (рис. 10.1) является весьма опасным, поскольку к телу человека в этом случае прикладывается наиболее возможное в данной сети напряжение – линейное.

Рис. 10.1. Схема двухфазного включения человека

При таком включении ток, мА, протекающий через человека, будет определяться уравнением

, (10.1)

где U_Л – линейное напряжение, то есть напряжение между проводами, которых касается человек, В; R_T – сопротивление тела человека, Ом.

В сети с линейным напряжением 380 В и при сопротивлении человека 1000 Ом этот ток будет равен:

мА,

то есть является, безусловно, опасным для жизни человека.

Случаи двухфазного включения человека происходят очень редко. Они являются, как правило, результатом работы под напряжением, применения неисправных индивидуальных защитных средств, а также эксплуатации оборудования с неогражденными голыми токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов, двигателей).

Однофазное включение (рис. 10.2) происходит во много раз чаще, но является менее опасным, чем двухфазное. При однофазном включении напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, то есть меньше линейного U_Л в 1,73 раза.

Соответственно меньше оказывается и ток, протекающий через человека. На величину этого тока влияет режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.

В сети с заземленной нейтралью (рис. 10.2а) цепь тока, проходящего через человека, включает в себя, кроме сопротивления тела человека R_Т, сопротивление пола R_n, на котором он стоит, сопротивление обуви R_об, сопротивление заземления нейтрали источника тока R₃, генератора, трансформатора и т.п.

А

В

а) С

R_з J_T

А

б) В

С

_{Rиз Rиз Rиз}

J_Т

Рис. 10.2. Схема однофазного включения человека в сеть трехфазного тока:

а – с заземленной нейтралью; б – с изолированной нейтралью

Этот ток, мА, можно определить по формуле

. (10.2)

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай, когда человек, прикоснувшийся к одной фазе, стоит непосредственно на сыром грунте или на проводящем (металлическом) полу; обувь его также проводящая, сырая или имеет металлические гвозди. Следовательно, R_n = 0 и R_об = 0.

Поскольку сопротивление заземления нейтрали R_з, как правило, равно 4 Ом, им без ущерба для точности подсчета можно пренебречь. В результате выражение (10.2), мА, примет следующий вид:

. (10.3)

Тогда при линейном напряжении U_л = 380 В через человека будет протекать ток

мА,

опасный для жизни.

Если же человек стоит на изолирующем основании, например на деревянном полу, и имеет на ногах непроводящую (резиновую) обувь, то, принимая Rn= 60 000 Ом и R_об = 50 000 Ом, получим

мА.

Такой ток безопасен для человека.

В действительности, сухие деревянные полы и резиновая обувь обладают значительно большими сопротивлениями по сравнению с принятыми, то есть ток, протекающий через человека, будет еще меньше.

Этот пример показывает, какое исключительное значение для безопасности лиц, работающих на электроустановках, имеет изолирующий пол и изолирующая обувь.

В сети с изолированной нейтралью (рис. 10.2б) ток, протекая через человека, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов, которая обладает большим сопротивлением.

Величина тока, мА, протекающего через человека, определяется для этого случая уравнением

, (10.4)

где R_из – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

В худшем случае, когда человек стоит на проводящем полу и имеет проводящую обувь, то есть при R_n = 0 и R_об = 0, уравнение упростится:

J_T = . (10.5)

При Uл = 380 В и Rиз = 60 000 Ом получим

J_T = мА.

Этот ток значительно меньше тока (220 мА), вычисленного для случая однофазного включения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью.

Если же принять Rn = 60 000 Ом и Rоб = 50 000 Ом, то ток будет еще меньше:

J_T = мА.

Таким образом, 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 сети с заземленной нейтралью положительная роль изоляции проводов практически полностью утрачена.

Таким образом, при прочих равных условиях однофазное включение человека в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью. Этот вывод справедлив для нормальных (безаварийных) условий работы сети. В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Объясняется это тем, что при такой аварии напряжение между фазой и землей в сети с изолированной нейтралью может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью повышение напряжения может быть незначительным.

В сетях с напряжением выше 1000 В вследствие большей их протяженности, а следовательно, большей емкостной проводимости между фазами и землей опасность однофазного и двухфазного включений человека практически одинакова и не зависит от режима нейтрали сети. Любое из этих включений является весьма опасным, так как ток, протекающий через человека, достигает очень больших значений.

Явление стекания тока в землю. Земля – хороший проводник электрического тока. Поэтому при падении токоведущего провода на землю или в местах расположения заземлителей электроустановок земля может оказаться под напряжением. В первом случае имеет место случайный контакт, во втором случае – преднамеренный (рис. 10.3).

Если ток стекает с одиночного провода, упавшего на землю (случайный контакт), то растекание тока в земле происходит по закону гиперболы, а потенциал меняется в зоне радиусом ≈ 20 м. За пределами этого радиуса падение напряжения практически отсутствует (рис. 10.3а).

а) б)

Рис. 10.3. Явления стекания тока в землю: а – случайное падение электропровода на землю; б – преднамеренное заземление корпуса электрооборудования

Если в зоне растекания тока оказался человек, то между ногами возникает разность потенциалов U_Ш = φ₁ – φ₂ – шаговое напряжение. Чем шире шаг, тем больше значение φ₁ – φ₂, тем больше напряжение, под которым окажется человек (рис. 10.3а).

При φ₁ – φ₂ ≥ 40 В появляются судороги ног и другие явления. Из зоны растекания электротока рекомендуется выходить мелкими шагами (20-30 см) либо прыгать на одной ноге.

В случае повреждения электроизоляции корпуса электрооборудования при наличии защитного заземления ток уходит в землю.

Если к корпусу прикасается человек, то он оказывается под напряжением, равным разности φ₁ и φ₂. Это напряжение прикосновения U_пр = φ₁ – φ₂ (рис. 10.3б). По мере удаления человека от поврежденного корпуса U_пр возрастает.

Влияние окружающей среды на степень опасности поражения электрическим током. Окружающая среда и окружающая обстановка усиливают или ослабляют опасность поражения электрическим током. Влага, пыль, высокая температура, едкие пары и газы разрушающе действуют на изоляцию установок, усиливая опасность поражения. В этих условиях понижается и электрическое сопротивление человека.

Воздействие тока на человека усугубляется также наличием токопроводящих полов и расположенных близко к электрооборудованию металлических заземленных предметов, так как одновременное прикосновение человека к токоведущим частям и к этим предметам будет сопровождаться протеканием через него большого тока.

Поэтому действующие правила делят все помещения по степени опасности поражения людей электрическим током на три класса: 1) без повышенной опасности; 2) с повышенной опасностью; 3) особо опасные.

Помещения без повышенной опасности – это помещения сухие с изолирующими (например, деревянными) полами, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям с повышенной опасностью и особо опасным.

Примером помещения без повышенной опасности могут служить обычные жилые комнаты и офисы, швейные трикотажные цеха, цеха часовых и приборных заводов, размещенные в сухих, беспыльных помещениях с изолирующими полами и нормальной температурой.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %); высокой температуры (температура воздуха длительно превышает +30 ⁰С); токопроводящей пыли (по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она оседает на проводах и проникает внутрь электрооборудования); токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т.п.), возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологических аппаратов, механизмов и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

Примером помещения с повышенной опасностью могут служить лестничные клетки различных зданий с проводящими полами, цехи по механической обработке металла, по ремонту теле-, радиоаппаратуры, даже если они размещены в сухих отапливаемых зданиях с изолированными полами и т.п.

Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность: особой сырости, то есть в которых относительная влажность воздуха близка к 100 % (стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой); химически активной среды, то есть в которых по условиям производства содержатся пары или образуются отложения, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования; одновременно двух или более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

Примером особо опасного помещения служат ванные комнаты в жилых домах, не отапливаемые подвалы с проводящими полами, отопительные и производственные котельные, прачечные, цеха химической окраски и т.п. Сюда же относятся и участки работ на земле, под открытым небом.