Однофазное включение человека в электрическую сеть. Схемы включения человека в электрическую цепь тока Анализ поражения током в однофазных цепях

Протекание постоянного тока по телу человека вызывает болевое ощущение в месте прикосновения и в суставах конечностей. Как правило, воздействие постоянного тока на организм человека вызывает ожоги или болевой шок, который в тяжелых случаях может привести к остановке дыхания или сердца.

В случае прикосновения человека к однофазным или двухфазным сетям переменного тока при любом режиме сети относительно земли (изолированная от земли, с заземленным полюсом, с заземленной средней точкой), т.к. в этом случае ток, протекающий через человека, определяется только электрическим сопротивлением его тела.

Степень опасности и исход поражения электрическим током зависят: от схемы «подключения» человека в электрическую цепь; на электрической сети:

трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью;

трехфазная с изолированной нейтралью.

Поражение человека электрическим током может быть вызвано однополюсным (однофазным) или двухполюсным (двухфазным) прикосновением к токоведущей части установки.

Однофазное подключение является менее опасным, чем двухфазное, однако оно возникает значительно чаще и является основной причиной электротравматизма. На исход поражения в этом случае оказывает решающее влияние режим нейтрали электросети.

При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью последовательно с сопротивлением человека оказываются включенными сопротивления изоляции и емкости относительно земли двух других неповрежденных фаз.

Схема прикосновения человека к одной фазе сети с заземленной нейтралью

С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

При аварийном режиме работы этой же сети, когда возникает глухое замыкание фазы на землю, напряжение в нейтральной точке может достигать фазного напряжения, напряжение неповрежденных фаз относительно земли становится равным линейному напряжению. В этом случае, если человек прикоснется к одной фазе, он окажется под линейным напряжением, через него пойдет ток по пути «рука - нога». В данной ситуации на исход поражения сопротивление изоляции проводов не играет никакой роли. Такое поражение током чаще всего приводит к летальному исходу.

Примеры свидетельствуют о том, что при прочих равных условиях однофазное подключение человека в сеть с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сеть с заземленной нейтралью.

Наиболее опасным является двухфазное подключение человека в электрическую сеть, так как он попадает под линейное напряжение сети вне зависимости от режима нейтрали и условий эксплуатации сети.

7.9. Продолжительность воздействия тока.

Продолжительность воздействия тока часто является фактором, от которого зависит конечный исход поражения. Чем продолжительнее воздействие электрического тока на организм человека, тем тяжелее последствия поражения. Через 30с сопротивление тела человека протеканию тока падает примерно на 25 %, а через 90с - на 70 %.

Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.

Прохождение тока через человека, является следствием его прикосновения не менее, чем к двум точкам электрической цепи, между которыми есть некоторая разность потенциалов (напряжение).

Опасность такого прикосновения неоднозначна и зависит от ряда факторов:

схемы включения человека в электрическую цепь;

напряжения сети;

схемы самой сети;

режима нейтрали сети;

степени изоляции токоведущих частей от земли;

ёмкости токоведущих частей относительно земли.

Классификация сетей напряжением до 1000 В

Однофазные сети

Однофазные сети разделятся на двухпроводные и однопроводные.

Двухпроводные

Двухпроводные сети делятся на изолированные от земли и с заземлённым проводом.

Изолированные от земли

С заземлённым проводом

Данные сети широко используются в народном хозяйстве, начиная с питания малым напряжением переносного инструмента и заканчивая питанием мощных однофазных потребителей.

Однопроводные

В случае однопроводной сети, роль второго провода выполняет земля, рельс и т.д.

Однофазная сеть. Однопроводная

Основное применение данные сети получили в электрифицированном транспорте (электровозы, трамваи, метро и т.д.).

Трёхфазные сети

В зависимости от режима нейтрали источника тока и наличия нейтрального или нулевого проводника могут быть выполнены по четырём схемам.

Нейтральная точка источника тока - точка, напряжения на которой относительно всех фаз одинаковы по абсолютному значению.

Нулевая точка источника тока - заземлённая нейтральная точка.

Проводник,присоединённый к нейтральной точке, называется нейтральным проводником (нейтралью), а к нулевой точке - нулевым проводником.

1. Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

2. Трёхпроводная сесть с заземлённой нейтралью

3. Четырёх проводная сеть с изолированной нейтралью

4. Четырёх проводная сеть с заземлённой нейтралью

При напряжении до 1000В в нашей стране используются схемы «1» и «4».

Схемы включения человека в электрическую цепь

Двухфазное прикосновение - между двумя фазами электрической сети. Как правило, наиболее опасное т.к., имеет место быть линейное напряжение. Однако данные случаи довольно редки.

Однофазное прикосновение - между фазой и землёй. При этом предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй.

Подробнее о схемах включения человека в цепь см. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках.

Однофазные сети

Изолированная от земли

Нормальный режим

Чем лучше изоляция проводов относительно земли, тем меньше опасность однофазного прикосновения к проводу.
Прикосновение человека к проводу с большим электрическим сопротивлением изоляции более опасно.

Аварийный режим

При замыкании провода на землю, человек прикоснувшийся к исправному проводу, оказывается под напряжением, равным почти полному напряжению линии, независимо от сопротивления изоляции проводов.

С заземлённым проводом

Прикосновение к незаземлённому проводу

В данном случае, человек оказывается практически под полным напряжением сети.

Прикосновение к заземлённому проводу

В нормальных условиях прикосновение к заземлённому проводу практически не опасно.

Прикосновение к заземлённому проводу. Аварийный режим работы

При коротком замыкании напряжение на заземлённом проводе может достигать опасных значений.

Трёхфазные сети

С изолированной нейтралью

Нормальный режим

Опасность прикосновения определяется полным электрическим сопротивлением проводов относительно земли, с увеличением сопротивления, опасность прикосновения уменьшается.

Аварийный режим

Напряжение прикосновения практически равно линейному напряжению сети. Наиболее опасный случай.

С заземлённой нейтралью

Нормальный режим

Человек в данном случае оказывается практически под фазным напряжением сети.

Аварийный режим

Величина напряжения прикосновения лежит между линейным и фазным напряжением, зависит от соотношения между сопротивлением замыкания на землю и сопротивлением заземления .

Меры обеспечения электробезопасности

Исключение контакта человека с токоведущими частями.
Релаизуется посредством расположения токоведущих частей в недосягаемых местах (на высоте, в кабельных каналах, коробах, трубах и т.д.)

Использование малых напряжений (12, 24, 36 В).
Например, для питания ручного инструмента в помещениях с повышенной опасностью поражения электрическим током.

Использование двойной изоляции.
Например, выполнение корпуса электроустановки из диэлектрика.

Применение средств индивидуальной защиты.
Перед применением СИЗ необходимо обязательно убедиться в их исправности, целостности, а также проверить сроки предыдущей и последующей поверки инструмента.

Основные защитные средства обеспечивают непосредственную защиту от поражения электрическим током.
Дополнительные защитные средства не могут самостоятельно обеспечить безопасность, но могут помочь при использовании основных средств.

Контроль изоляции оборудования и сетей.
- Выходной контроль.
- Плановый.
- Внеочередной и т.д.

Защитное разделение сетей.
Позволяет уменьшить ёмкость линий вблизи потребителей электрической энергии.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с землёй или её эквивалентом (популярно о заземлении на geektimes.ru).

В сетях до 1000 В защитное заземление применяется в сетях с изолированной нейтралью.
Принцип действия заключается в уменьшении до безопасного значения напряжения прикосновения.

Когда заземление невозможно, в целях защиты выравнивают потенциал основания на котором стоит человек и оборудования, путём повышения. Например, соединение ремонтной корзины с фазным проводником ЛЭП.

Заземлители делятся на:
a. Искусственные, предназначенные для целей заземления непосредственно.
b. Естественные, находящиеся в земле металлические предметы иного назначения, которые могут быть использованы в качестве заземлителей. Исключения по критерию взырвопожароопасности (газопроводы и т.д.).

Сопротивление заземления должно быть не более нескольких Ом. При этом со временем в результате коррозии сопротивление заземлителя возрастает. Поэтому его величина должна периодически контролироваться (зима/лето).

Защитное зануление - преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей, могущих оказаться под напряжением, с многократно заземлённым нулевым защитным проводником.

Область применения - электроустановки с заземлённой нейтралью с напряжением до 1000В.

Принцип действия - превращение замыкания на корпус оборудования в однофазное короткое замыкание, с последующим отключением оборудования по превышению максимально допустимой силы тока.

Токовая защита реализуется либо с помощью автоматических выключателей, либо плавких предохранителей. Особое внимание необходимо уделить выбору толщины нулевого защитного провода, достаточной для проведения тока короткого замыкания.

Применение УЗО (устройств защитного отключения).

Данный вид защиты срабатывает, когда токи входящий и выходящий в отслеживаемом контуре не совпадают по величине т.е., когда имеет место быть утечка тока. Например, при прикосновении человека к фазному проводу, часть тока уходит мимо основного контура в землю, что и вызывает отключение питания оборудования в контролируемом контуре. Подробнее, .

трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью;

трехфазная с изолированной нейтралью.

Нейтральной точкой трансформатора (генератора) называют точку соединения обмоток питающего трансформатора. При нормальном режиме работы электрической сети в этой точке напряжение равно 0. Нейтраль источника питания может быть заземленная и изолированная от земли, это определяет режим ее работы. Заземление нейтрали называют рабочим заземлением R 0 .

Выбор схемы сети и режима нейтрали источника тока осуществляют в зависимости от технологических требований и условий безопасности.

По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети, так как эта сеть характеризуется двумя напряжениями - линейным и фазным (380/220 В). Линейным напряжением 380 В питают силовую нагрузку - включают электродвигатели производственного оборудования между фазными проводами. Фазное напряжение = 220 В используют для осветительной установки - подключают лампы между фазным и нулевым проводами. Линейное напряжение всегда больше фазного в 1,73 раза.

По условиям безопасности сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети, обеспечивающий незначительную емкость проводов относительно земли. Это могут быть малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала.

При прикосновении к одной из фаз сети с изолированной нейтралью (рис.) последовательно с сопротивлением человека оказываются включенными сопротивления изоляции и емкости относительно земли двух других неповрежденных фаз.

Рис. Однополюсное прикосновение к сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы

При нормальной работе электросети напряжение нейтрали источника питания по отношению к земле равно нулю. Напряжения фаз относительно земли одинаковы и равны фазным напряжениям источника питания.

Сопротивление изоляции проводов никогда не равно бесконечно большой величине, обязательно имеют место токи утечки.

Провода и земля в этом случае являются как бы обкладками конденсатора, между которыми возникает электрическое поле. Чем более протяженная электрическая сеть, тем больше ее емкость.

По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети, так как эта сеть характеризуется двумя напряжениями - линейным и фазным (380/220 В). Линейным напряжением 380 В питают силовую нагрузку - включают электродвигатели производственного оборудования между фазными проводами. Фазное напряжение = 220 В используют для осветительной установки - подключают лампы между фазным и нулевым проводами. Линейное напряжение всегда больше фазного в 1,73 раза.

По условиям безопасности сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети, обеспечивающий незначительную емкость проводов относительно земли. Это могут быть малоразветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала.

Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить высокий уровень изоляции электроустановки или нельзя быстро отыскать и устранить ее повреждение.

В силу специфики и незначительной мощности производства по сравнению с другими предприятиями пищевой промышленности на предприятиях общественного питания могут быть использованы одно- и двухфазные сети с заземленной нейтралью, а при эксплуатации средств малой механизации при погрузочно-разгрузочных работах рекомендуют электрическую сеть с изолированной нейтралью. Степень электробезопасности в таких сетях возрастает за счет большого сопротивления изоляции электропроводов по отношению к земле.

С увеличением сопротивления изоляции опасность поражения электрическим током уменьшается.

На предприятиях, где сети разветвленные и имеют значительную протяженность, а следовательно, большую емкость, система с изолированной нейтралью теряет свое преимущество, так как увеличивается ток утечки, снижается сопротивление участка фаза-земля. С точки зрения электробезопасности в таких случаях предпочтение отдается сети с заземленной нейтралью (рис.).

Схема прикосновения человека к одной фазе сети с заземленной нейтралью

Сопротивлением земли, как и в случае электрической сети с изолированной нейтралью, можно пренебречь.

Случаи двухфазного прикосновения происходят редко и преимущественно в электроустановках до 1000 В при работах на щитах и сборках, при эксплуатации оборудования с неизолированными токоведущими частями и т. п.

Существуют различные схемы включения человека в электрическую цепь тока:

Однофазное прикосновение – прикосновение к проводнику одной фазы действующей электроустановки;

Двухфазное прикосновение – одновременное прикосновение к проводникам двух фаз действующей электроустановки;

Прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок, оказавшихся под напряжением в результате повреждения изоляции;

Включение под напряжение шага – включение между двумя точками земли (грунта), находящимися под разными потенциалами.

Рассмотрим наиболее характерные схемы включения человека в электрическую цепь тока.

Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (I h ) при однофазном прикосновении (рис. 6) замкнется по цепи: фаза L 3 – тело человека - основание (пол) – заземлитель нейтрали – нейтраль (нулевая точка).

Рис. 6. Схема однофазного прикосновения в сети

с глухозаземленной нейтралью

По закону Ома: ,

Где R о – сопротивление заземления нейтрали,

R осн - сопротивление основания.

Если основание (пол) токопроводящее, то R осн ≈ 0

Учитывая то, что R о « R h , то

U h = U ф

Такое прикосновение крайне опасно.

Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. Ток, протекающий через тело человека (рис. 7) замкнется по цепям: фаза L 3 – тело человека – пол и далее возращается в сеть через изоляции фаз L 2 и L 1 , т.е. далее ток следует по цепям: изоляция фазы L 2 - фаза L 2 - нейтраль (нулевая точка) и изоляция фазы L 1 - фаза L 1 – нейтраль (нулевая точка). Таким образом, в цепи тока, протекающего через тело человека, последовательно с ним оказываются включенными изоляции фаз L 2 и L 1 .

Рис. 7. Схема однофазного прикосновение в сети

с изолированной нейтралью

Сопротивление изоляции фазы Z имеет активную (R ) и емкостную составляющие (С ).

R – характеризует неидеальность изоляции, т.е. способность изоляции проводить ток, хотя и значительно хуже, чем металлы;

С – емкость фазы относительно земли определяется геометрическими размерами воображаемого конденсатора, «пластинками» которого являются фазы и земли.

При R 1 = R 2 = R 3 = R ф и С 1 = С 2 = С 3 = С Ф ток, протекающий через тело человека:

где Z - полное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли.

Если емкость фаз пренебречь С ф = 0 (воздушные сети небольшой протяженности), то:

откуда следует, что величина тока зависит не только от сопротивления человека, но также от сопротивления изоляции фазного провода относительно земли.

Если, например, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 Ом, то

; U h = 0,0111000 = 110 В

Двухфазное прикосновение. При двухфазном прикосновении (рис. 8) независимо от режима нейтрали человек окажется под линейным напряжением сети U л и по закону Ома:

при U л =380 В: I = 380/1000 = 0,38 А = 380 мА.

Рис. 8. Схема двухфазного прикосновения человека

Двухфазное прикосновение крайне опасно, такие случаи сравнительно редки и являются, как правило, результатом работы под напряжением в электроустановках до 1000 В, что является нарушением правил и инструкции.

Прикосновение к металлическому корпусу, оказавшемуся под напряжением. Прикосновение к корпусу электроустановки (рис. 9), в которой фаза (L 3) замкнулась на корпус, равносильно прикосновению к самой фазе. Поэтому анализ и выводы для случаев однофазного прикосновения, рассмотренные ранее, полностью применяются для случая замыкания на корпус.

Рис. 9. Схема прикосновения человека к металлическому

корпусу, оказавшемуся под напряжением

Большой процент травм, вызванных воздействием электрического тока, имеет место при прикосновении человека к металлическим частям или корпусам электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением вследствие неисправности изоляции.

Тяжесть электротравмы зависит от тока, протекающего через тело человека, частоты тока, физиологического состояния организма, продолжительности воздействия тока, пути тока в организме и производственных условий.

При этом человек оказывается под напряжением прикосновения - напряжением между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном к ним прикосновении

где - ток, протекающий через тело человека, А;

-сопротивление тела человека, Ом.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, предназначенные для проектирования способов и средств защиты людей, при взаимодействии их с электроустановками нормируются /2/ и при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В переменного 50 Гц тока при продолжительности воздействия свыше 1 с не должны превышать
= 20 В и= 6 мА.

Значения напряжений прикосновения и тока, протекающего через тело человека, зависят от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую сеть, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей относительно земли и т.п. Эту зависимость необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, выборе и расчете соответствующих мер защиты и т.п.

При этом принимаем, что сопротивление основания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр.), а также сопротивление его обуви незначительны, и равны нулю.

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах (от 400 до 100000 Ом) в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т.п.), плотности контакта, площади контакта, тока, протекающего через тело человека и напряжения прикосновения, а также от времени воздействия тока на человека.

При напряжении до 1000 В в нашей стране применяют, в основном, две схемы сетей трехфазного тока - четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220 и 660/380 В и трехпроводную с изолированной нейтралью напряжением 36, 42, 127, 220, 380 и 660 В.

Проанализируем опасность поражения током при нормальном режиме работы сетей.

2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Рассмотрим сеть напряжением 380/220 В (рис.1).

Прикосновение человека к корпусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением, в четырехпроводной сети

При нормальном режиме работы сети сопротивление изоляции фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с сопротивлением заземления нейтрали имеют весьма большие значения и с некоторым допущением могут быть приравнены к бесконечности, т.е.
.

В этом случае ток, протекающий через тело человека

где = 220 В - фазное напряжение, т.е. в данном случае напряжение между началом и концом одной обмотки трансформатора.

- сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора, Ом.

В соответствии с ПУЭ /1/ наибольшее значение составляет 66 Ом; сопротивление же тела человека, не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки можно пренебречь значением, т.е.

Таким образом, про прикосновении к корпусу электроустановка, оказавшемуся под напряжением в сети с глухозаземленной нейтралью, человек оказывается практически, под фазным напряжением, т.е. в данном случае под напряжением между фазным и нулевым проводом.