Однофазное включення людини в електричну мережу. Схеми включення людини в електричний ланцюг струму Аналіз ураження струмом в однофазних ланцюгах

перебіг постійного струму по тілу людини викликає болюче відчуття в місці дотику і в суглобах кінцівок. Як правило, вплив постійного струму на організм людини викликає опіки або больовий шок, який у важких випадках може привести до зупинки дихання або серця.

У разі дотику людини до однофазних або двофазним мереж змінного струму при будь-якому режимі мережі щодо землі (ізольована від землі, з заземленим полюсом, з заземленою середньою точкою), тому що в цьому випадку струм, що протікає через людину, визначається тільки електричним опором його тіла.

Ступінь небезпеки і результат ураження електричним струмом залежать: від схеми «підключення» людини в електричний ланцюг; на електричної мережі:

трифазна чотирипровідна з заземленою нейтраллю;

трифазна з ізольованою нейтраллю.

Поразка людини електричним струмом може бути викликане однополюсним (однофазним) або двополюсним (двофазним) дотиком до струмоведучих частини установки.

Однофазне підключення є менш небезпечним, ніж двофазне, проте воно виникає значно частіше і є основною причиною електротравматизму. На результат поразки в цьому випадку істотно впливає режим нейтралі електромережі.

При дотику до однієї з фаз мережі з ізольованою нейтраллю послідовно з опором людини виявляються включеними опору ізоляції і ємності щодо землі двох інших непошкоджених фаз.

Схема дотику людини до однієї фазі мережі з заземленою нейтраллю

Зі збільшенням опору ізоляції небезпека ураження електричним струмом зменшується.

При аварійному режимі роботи цієї ж мережі, коли виникає глухе замикання фази на землю, напруга в нейтральній точці може досягати фазної напруги, напруга непошкоджених фаз щодо землі стає рівним лінійній напрузі. В цьому випадку, якщо людина доторкнеться до однієї фазі, він опиниться під лінійною напругою, через нього піде струм по шляху «рука - нога». У даній ситуації на результат поразки опір ізоляції проводів не має ніякого значення. Таке ураження струмом найчастіше призводить до летального результату.

Приклади свідчать про те, що за інших рівних умов однофазне підключення людини в мережу з ізольованою нейтраллю менш небезпечно, ніж в мережу з заземленою нейтраллю.

Найбільш небезпечним є двофазним підключення людини в електричну мережу, так як він потрапляє під лінійну напругу мережі незалежно від режиму нейтралі і умов експлуатації мережі.

7.9. Тривалість дії струму.

Тривалість дії струму часто є чинником, від якого залежить кінцевий результат поразки. Чим триваліше вплив електричного струму на організм людини, тим важче наслідки поразки. Через 30с опір тіла людини протіканню струму падає приблизно на 25%, а через 90с - на 70%.

Встановлено, що ураження електричним струмом можливо лише в стоянні повного спокою серця людини, коли відсутні стиснення (систола) або розслаблення (діастола) шлуночків серця і передсердь. Тому при малому часу вплив струму може не збігатися з фазою повного розслаблення, проте все, що збільшує темп роботи серця, сприяє підвищенню ймовірності зупинки серця при ударі струмом будь-якої тривалості. До таких причин слід віднести: втома, збудження, голод, спрагу, переляк, прийняття алкоголю, наркотиків, деяких ліків, куріння, хвороби і т.п.

Проходження струму через людини, є наслідком його дотику не менше, ніж до двох точках електричного кола, між якими є деяка різниця потенціалів (напруга).

Небезпека такого дотику неоднозначна і залежить від ряду факторів:

схеми включення людини в електричний ланцюг;

напруги мережі;

схеми самої мережі;

режиму нейтралі мережі;

ступеня ізоляції струмоведучих частин від землі;

ємності струмоведучих частин щодо землі.

Класифікація мереж напругою до 1000 В

однофазні мережі

Однофазні мережі розділяться на двопровідні і однопровідні.

двопровідні

Двопровідні мережі діляться на ізольовані від землі і з заземленим проводом.

Ізольовані від землі

З заземленим проводом

Дані мережі широко використовуються в народному господарстві, починаючи з харчування малим напругою переносного інструменту і закінчуючи харчуванням потужних однофазних споживачів.

однопровідні

У разі однопровідною мережі, роль другого проводу виконує земля, рейок і т.д.

Однофазна мережа. однопровідна

Основне застосування дані мережі отримали в електрифікованому транспорті (електровози, трамваї, метро і т.д.).

трифазні мережі

Залежно від режиму нейтралі джерела струму і наявності нейтрального або нульового провідника можуть бути виконані за чотирма схемами.

Нейтральна точка джерела струму - точка, напруги на якій щодо всіх фаз однакові за абсолютним значенням.

Нульова точка джерела струму - заземлена нейтральна точка.

Провідник, приєднаний до нейтральної точки, називається нейтральним провідником (нейтраллю), а до нульової точки - нульовим провідником.

1. трипровідна мережа з ізольованою нейтраллю

2. трьохпровідний сісти з заземленою нейтраллю

3. Чотирьох дротова мережа з ізольованою нейтраллю

4. Чотирьох дротова мережа з заземленою нейтраллю

При напрузі до 1000В в нашій країні використовуються схеми «1» і «4».

Схеми включення людини в електричний ланцюг

двофазне дотик - між двома фазами електричної мережі. Як правило, найбільш небезпечне тому, має місце бути лінійна напруга. Однак дані випадки досить рідкісні.

однофазное дотик - між фазою і землею. При цьому передбачається наявність електричного зв'язку між мережею та землею.

Детальніше про схеми включення людини в ланцюг см. Долін П.А. Основи техніки безпеки в електроустановках.

однофазні мережі

Ізольована від землі

нормальний режим

Чим краще ізоляція проводів відносно землі, тим менше небезпека однофазного дотику до дроту.
Дотик людини до проводу з великим електричним опором ізоляції небезпечніше.

Аварійний режим

При замиканні проводи на землю, людина доторкнеться до справного дроту, виявляється під напругою, рівним майже повного напрузі лінії, незалежно від опору ізоляції проводів.

З заземленим проводом

Дотик до незаземлённому проводу

В даному випадку, людина виявляється практично під повним напругою мережі.

Дотик до заземлених проводу

У нормальних умовах дотик до заземлених проводу практично не небезпечно.

Дотик до заземлених проводу. Аварійний режим роботи

При короткому замиканні напруга на заземленому дроті може досягати небезпечних значень.

трифазні мережі

З ізольованою нейтраллю

нормальний режим

Небезпека дотику визначається повним електричним опором проводів відносно землі, зі збільшенням опору, небезпека дотику зменшується.

Аварійний режим

Напруга дотику практично дорівнює лінійній напрузі мережі. Найбільш небезпечний випадок.

З заземленою нейтраллю

нормальний режим

Людина в даному випадку виявляється практично під фазною напругою мережі.

Аварійний режим

Величина напруги дотику лежить між лінійним і фазною напругою, залежить від співвідношення між опором замикання на землю і опором заземлення.

Заходи забезпечення електробезпеки

Виключення контакту людини з струмоведучими частинами.
Релаізуется за допомогою розташування струмоведучих частин в недосяжних місцях (на висоті, в кабельних каналах, коробах, трубах і т.д.)

Використання малих напруг (12, 24, 36 В).
Наприклад, для харчування ручного інструменту в приміщеннях з підвищеною небезпекою ураження електричним струмом.

Використання подвійної ізоляції.
Наприклад, виконання корпусу електроустановки з діелектрика.

Застосування засобів індивідуального захисту.
Перед застосуванням ЗІЗ необхідно обов'язково переконатися в їх справності, цілісності, а також перевірити терміни попередньої та подальшої перевірки інструменту.

Основні захисні засоби забезпечують безпосередню захист від ураження електричним струмом.
Додаткові захисні засоби не можуть самостійно забезпечити безпеку, але можуть допомогти при використанні основних засобів.

Контроль ізоляції обладнання і мереж.
- Вихідний контроль.
- Плановий.
- Позачерговий і т.д.

Захисне розділення мереж.
Дозволяє зменшити ємність ліній поблизу споживачів електричної енергії.

Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання металевих неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою, з землею або її еквівалентом (популярно про заземлення на geektimes.ru).

У мережах до 1000 В захисне заземлення застосовується в мережах з ізольованою нейтраллю.
Принцип дії полягає в зменшенні до безпечного значення напруги дотику.

Коли заземлення неможливо, з метою захисту вирівнюють потенціал підстави на якому стоїть людина і обладнання, шляхом підвищення. Наприклад, з'єднання ремонтної кошика з фазним провідником ЛЕП.

Заземлители діляться на:
a. Штучні, призначені для цілей заземлення безпосередньо.
b. Природні, що знаходяться в землі металеві предмети іншого призначення, які можуть бути використані в якості заземлювачів. Винятки за критерієм взирвопожароопасності (газопроводи і т.д.).

Опір заземлення повен бути не більше декількох Ом. При цьому з часом в результаті корозії опір заземлювача зростає. Тому його величина повинна періодично контролюватися (зима / літо).

Захисне занулення - навмисне з'єднання металевих неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою, з багаторазово заземленим нульовим захисним провідником.

Область застосування - електроустановки з заземленою нейтраллю з напругою до 1000В.

Принцип дії - перетворення замикання на корпус обладнання в однофазне коротке замикання, з подальшим відключенням обладнання по перевищенню максимально допустимої сили струму.

Струмовий захист реалізується або за допомогою автоматичних вимикачів, або плавких запобіжників. Особливу увагу необхідно приділити вибору товщини нульового захисного проводу, достатньої для проведення струму короткого замикання.

Застосування ПЗВ (пристроїв захисного відключення).

Даний вид захисту спрацьовує, коли струми вхідний і вихідний в відстежувати контурі не збігаються за величиною тобто, коли має місце бути витік струму. Наприклад, при дотику людини до фазного проводу, частина струму йде повз основного контуру в землю, що і викликає відключення живлення устаткування в контрольованому контурі. Докладніше, .

трифазна чотирипровідна з заземленою нейтраллю;

трифазна з ізольованою нейтраллю.

Нейтральною точкою трансформатора (генератора) називають точку з'єднання обмоток живильного трансформатора. При нормальному режимі роботи електричної мережі в цій точці напруга дорівнює 0. Нейтраль джерела живлення може бути заземлена і ізольована від землі, це визначає режим її роботи. Заземлення нейтрали називають робочим заземленням R 0.

Вибір схеми мережі і режиму нейтралі джерела струму здійснюють в залежності від технологічних вимог і умов безпеки.

за технологічним вимогам перевага віддається чьотирьох мережі, так як ця мережа характеризується двома напругами - лінійним і фазним (380/220 В). Лінійною напругою 380 В живлять силове навантаження - включають електродвигуни виробничого обладнання між фазними проводами. Фазна напруга \u003d 220 В використовують для освітлювальної установки - підключають лампи між фазним і нульовим проводами. Лінійна напруга завжди більше фазного в 1,73 рази.

за умовами безпеки мережі з ізольованою нейтраллю доцільно застосовувати, коли є можливість підтримувати високий рівень ізоляції мережі, що забезпечує незначну ємність проводів відносно землі. Це можуть бути малоразветвленнимі мережі, які не піддаються впливу агресивного середовища і знаходяться під постійним наглядом кваліфікованого персоналу.

При дотику до однієї з фаз мережі з ізольованою нейтраллю (рис.) Послідовно з опором людини виявляються включеними опору ізоляції і ємності щодо землі двох інших непошкоджених фаз.

Мал. Однополюсне дотик до мережі з ізольованою нейтраллю при нормальному режимі роботи

При нормальній роботі електромережі напруга нейтралі джерела живлення по відношенню до землі дорівнює нулю. Напруги фаз відносно землі однакові і рівні фазним напруженням джерела живлення.

Опір ізоляції проводів ніколи не дорівнює нескінченно великою величиною, обов'язково мають місце струми витоку.

Провід й земля в цьому випадку є як би обкладинками конденсатора, між якими виникає електричне поле. Чим більше протяжна електрична мережа, тим більше її ємність.

За технологічними вимогами перевага віддається чьотирьох мережі, так як ця мережа характеризується двома напругами - лінійним і фазним (380/220 В). Лінійною напругою 380 В живлять силове навантаження - включають електродвигуни виробничого обладнання між фазними проводами. Фазна напруга \u003d 220 В використовують для освітлювальної установки - підключають лампи між фазним і нульовим проводами. Лінійна напруга завжди більше фазного в 1,73 рази.

За умовами безпеки мережі з ізольованою нейтраллю доцільно застосовувати, коли є можливість підтримувати високий рівень ізоляції мережі, що забезпечує незначну ємність проводів відносно землі. Це можуть бути малоразветвленнимі мережі, які не піддаються впливу агресивного середовища і знаходяться під постійним наглядом кваліфікованого персоналу.

Мережі з заземленою нейтраллю застосовують там, де неможливо забезпечити високий рівень ізоляції електроустановки або не можна швидко відшукати і усунути її пошкодження.

В силу специфіки і незначною потужності виробництва в порівнянні з іншими підприємствами харчової промисловості на підприємствах громадського харчування можуть бути використані одно- і двофазні мережі з заземленою нейтраллю, а при експлуатації засобів малої механізації при вантажно-розвантажувальних роботах рекомендують електричну мережу з ізольованою нейтраллю. Ступінь електробезпеки в таких мережах зростає за рахунок великого опору ізоляції електропроводів по відношенню до землі.

Зі збільшенням опору ізоляції небезпека ураження електричним струмом зменшується.

На підприємствах, де мережі розгалужені і мають значну протяжність, а отже, більшу ємність, система з ізольованою нейтраллю втрачає свою перевагу, так як збільшується струм витоку, знижується опір ділянки фаза-земля. З точки зору електробезпеки в таких випадках перевага віддається мережі з заземленою нейтраллю (рис.).

Схема дотику людини до однієї фазі мережі з заземленою нейтраллю

Опором землі, як і в разі електричної мережі з ізольованою нейтраллю, можна знехтувати.

Випадки двофазного дотику відбуваються рідко і переважно в електроустановках до 1000 В під час робіт на щитах і збірках, при експлуатації обладнання з неізольованими струмопровідними частинами і т. П.

Існують різні схеми включення людини в електричний ланцюг струму:

Однофазное дотик - дотик до провідника однієї фази діючої електроустановки;

Двофазне дотик - одночасне дотик до провідників двох фаз діючої електроустановки;

Дотик до неструмоведучих частин електроустановок, що опинилися під напругою в результаті пошкодження ізоляції;

Включення під напругу кроку - включення між двома точками землі (грунту), що знаходяться під різними потенціалами.

Розглянемо найбільш характерні схеми включення людини в електричний ланцюг струму.

Однофазное дотик в мережі з глухозаземленою нейтраллю.Струм, що протікає через тіло людини ( I h) При однофазному дотику (рис. 6) замкнеться по колу: фаза L 3 - тіло людини - підстава (підлогу) - заземлювач нейтралі - нейтраль (нульова точка).

Мал. 6. Схема однофазного дотику в мережі

з глухозаземленою нейтраллю

Згідно із законом Ома:,

де R про - опір заземлення нейтрали,

R осн - опір підстави.

Якщо основа (пол) струмопровідні, то R осн ≈ 0

Враховуючи те що R про « R h, то

U h = U ф

Таке дотик вкрай небезпечно.

Однофазное дотик в мережі з ізольованою нейтраллю. Струм, що протікає через тіло людини (рис. 7) замкнеться по ланцюгах: фаза L 3 - тіло людини - підлогу і далі повертається в мережу через ізоляції фаз L 2 і L 1, тобто далі ток слід по ланцюгах: ізоляція фази L 2 - фаза L 2 - нейтраль (нульова точка) і ізоляція фази L 1 - фаза L 1 - нейтраль (нульова точка). Таким чином, в ланцюзі струму, що протікає через тіло людини, послідовно з ним виявляються включеними ізоляції фаз L 2 і L 1 .

Мал. 7. Схема однофазного дотик в мережі

з ізольованою нейтраллю

Опір ізоляції фази Z має активну ( R) І емкостную складові ( З).

R - характеризує неідеальність ізоляції, тобто здатність ізоляції проводити струм, хоча і значно гірше, ніж метали;

З - ємність фази щодо землі визначається геометричними розмірами уявного конденсатора, «пластинками» якого є фази і землі.

при R 1 = R 2 = R 3 = R ф і З 1 = З 2 = З 3 = З Ф струм, що протікає через тіло людини:

де Z - повний опір ізоляції фазного проводу щодо землі.

Якщо ємність фаз знехтувати З ф \u003d 0 (повітряні мережі невеликої довжини), то:

звідки випливає, що величина струму залежить не тільки від опору людини, але також від опору ізоляції фазного проводу щодо землі.

Якщо, наприклад, R 1 = R 2 = R 3 \u003d 3000 Ом, то

; U h \u003d 0,0111000 \u003d 110 В

Двофазне дотик.При двофазному дотику (рис. 8) незалежно від режиму нейтралі людина виявиться під лінійною напругою мережі U л і по закону Ома:

при U л \u003d 380 В: I \u003d 380/1000 \u003d 0,38 А \u003d 380 мА.

Мал. 8. Схема двофазного дотику людини

Двофазне дотик вкрай небезпечно, такі випадки порівняно рідкісні і є, як правило, результатом роботи під напругою в електроустановках до 1000 В, що є порушенням правил і інструкції.

Дотик до металевого корпусу, опинився під напругою.Дотик до корпусу електроустановки (рис. 9), в якій фаза ( L 3) замкнулася на корпус, рівносильно дотику до самої фазі. Тому аналіз і висновки для випадків однофазного дотику, розглянуті раніше, повністю застосовуються для випадку замикання на корпус.

Мал. 9. Схема дотику людини до металевого

корпусу, опинився під напругою

Великий відсоток травм, викликаних дією електричного струму, має місце при дотику людини до металевих частин або корпусів електроустановок, випадково опинилися під напругою внаслідок несправності ізоляції.

Тяжкість електротравми залежить від струму, що протікає через тіло людини, частоти струму, фізіологічного стану організму, тривалості впливу струму, шляху струму в організмі і виробничих умов.

При цьому людина опиняється під напругою дотику - напругою між двома точками ланцюга струму замикання на землю (на корпус) при одночасному до них дотику

де - струм, що протікає через тіло людини, А;

-опір тіла людини, Ом.

Гранично допустимі значення напруг дотику і струмів, що протікають через тіло людини, призначені для проектування способів і засобів захисту людей, при взаємодії їх з електроустановками нормуються / 2 / і при аварійному режимі виробничих електроустановок напругою до 1000 В змінного 50 Гц струму при тривалості впливу понад 1 з не повинні перевищувати
\u003d 20 В і \u003d 6 мА.

Значення напруг дотику і струму, що протікає через тіло людини, залежать від ряду факторів: схеми включення людини в електричну мережу, напруги мережі, схеми самої мережі, режиму її нейтралі, ступеня ізоляції струмоведучих частин від землі, а також ємності струмоведучих частин щодо землі і т .п. Цю залежність необхідно знати при оцінці тієї чи іншої мережі за умовами техніки безпеки, виборі і розрахунку відповідних заходів захисту і т.п.

При цьому приймаємо, що опір підстави, на якому стоїть людина (грунт, підлогу та ін.), А також опір його взуття незначні, і дорівнюють нулю.

Опір тіла людини змінюється в широких межах (від 400 до 100000 Ом) в залежності від стану шкіри (суха, волога, чиста, пошкоджена і т.п.), щільності контакту, площі контакту, струму, що протікає через тіло людини і напруги дотику, а також від часу впливу струму на людину.

При напрузі до 1000 В в нашій країні застосовують, в основному, дві схеми мереж трифазного струму - чьотирьох з заземленою нейтраллю напругою 220/127, 380/220 і 660/380 В і трьохпровідний з ізольованою нейтраллю напругою 36, 42, 127, 220, 380 і 660 В.

Проаналізуємо небезпека ураження струмом при нормальному режимі роботи мереж.

2.1. Трифазна чотирипровідна мережу з глухозаземленою нейтраллю

Розглянемо мережу напругою 380/220 В (рис.1).

П рікосновеніе людини до корпусу електроустановки, опинився під напругою, в чьотирьох мережі

При нормальному режимі роботи мережі опір ізоляції фазних і нульового проводів щодо землі в порівнянні з опором заземлення нейтрали мають досить великі значення і з деяким допущенням можуть бути прирівняні до нескінченності, тобто
.

У цьому випадку струм, що протікає через тіло людини

де \u003d 220 В - фазна напруга, тобто в даному випадку напруга між початком і кінцем однієї обмотки трансформатора.

- опір заземлювального пристрою, до якого приєднана нейтраль трансформатора, Ом.

Відповідно до ПУЕ / 1 / найбільше значення становить 66 Ом; опір ж тіла людини , Не опускається нижче декількох сотень Ом. Отже, без великої помилки можна знехтувати значенням , Тобто

Таким чином, про дотику до корпусу електроустановка, опинився під напругою в мережі з глухозаземленою нейтраллю, людина виявляється практично, під фазною напругою, тобто в даному випадку під напругою між фазним і нульовим проводом.