умк_Чеботарев_ч

Если человек находится в зоне растекания тока, то чем дальше человек находится от точки стекания тока в землю, тем меньше потенциал земли и, следовательно, больше напряжение прикосновения, под которым находится человек.

Если человек стоит рядом с точкой стекания тока, потенциал земли (потенциал ног) практически равен потенциалу корпуса (потенциалу руки) и напряжение равно нулю, т.е. человек находится в безопасности.

Предельно допустимые напряжения прикосновения и токи для человека определены ГОСТ 12.1.038 при аварийном режиме работы электроустановок постоянного тока частотой 50 и 400 Гц (табл. 4).

Таблица 4

Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и силы тока, протекающего через тело человека при аварийных режимах

			Предельно допустимые уровни
		(не более) при продолжительности
Род тока					воздействия, с
		0,1		0,6		0,7	1,0	Свыше
								1,0
Переменный	Напряжение при-	340		105		85	60	20
с частотой	косновения Uпр, В
50 Гц
	Ток, мА	400		125		90	50	6
	Напряжение при-	500		250		230	200	40
Постоянный	косновения Uпр, В
	Ток, мА	500		250		230	200	15

Явление стекания тока в землю. Шаговое напряжение

Шаговое напряжение – разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии шага (0,8 м).

Если ноги человека удалены на различное расстояние от точки стекания тока (на размер шага), то они будут находиться под разными потенциалами. Причиной появления шагового напряжения является образование электрических потенциалов на поверхности земли в пределах поля растекания тока (замыкание в грунте, возникающее при падении электрического

21

провода на землю, замыкание токоведущих частей на заземленный корпус, между точками земли или другой поверхности, на которой стоит человек обеими ногами) (рис. 3).

Рис. 3. Схема формирования шагового напряжения

Шаговое напряжение зависит:

–от силы тока;

–от распределения потенциала по поверхности земли;

–от длины шага;

–от положения (расстояния) человека относительно заземления;

–от направления по отношению к месту замыкания.

Шаговое напряжение считается безопасным, если оно не превышает 40 В. Чем ближе будет находиться человек к месту соприкосновения провода с землей, тем под большим шаговым напряжением он окажется. Наи-

большую величину потенциалы имеют у заземлителя (в месте падения провода), а по мере удаления от места контакта провода с землей заметно падают. На расстоянии 20 м от места замыкания токоведущей части на землю потенциал равен нулю.

Если человек оказался под действием шагового напряжения, то выходить из зоны растекания электрического тока необходимо мелким шагами (на длину ступни), скользя подошвой обуви по земле, не поднимая ног.

22

1.3. Классификация производственных помещений по опасности поражения электрическим током

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) в отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

1. Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

2. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся на-

личием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

2.1) сырость (влажность более 75 %) или токопроводящая пыль; 2.2) токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетон-

ные, кирпичные и т.п.); 2.3) высокая температура;

2.4) возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

3. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

3.1) особая сырость (влажность около 100 %);

3.2) химически активная или органическая среда;

3.3) одновременно два или более условия повышенной опасности

(см. п. 2).

4. Территории размещения наружных электроустановок. В от-

ношении опасности поражения людей электрическим током эти территории приравниваются к особо опасным помещениям.

Сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %.

Пыльными помещениями называются помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п.

Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения с нетокопроводящей пылью.

23

Жаркими помещениями называются помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура превышает постоянно или периодически более одних суток + 35 °С (например, помещения с сушилками, сушильными и обжигательными печами, котельные и т.п.).

Особо сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).

Помещениями с химически активной или органической средой

называются помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

1.4. Условия и причины поражения человека электрическим током

На вероятность поражения электрическим током и тяжесть исхода влияет множество факторов, в том числе и окружающая среда, в которой эксплуатируют электроустановки.

В соответствии с ГОСТ 12.1.013 все условия, в которых эксплуа-

тируется электрооборудование, подразделяют:

1)на условия с повышенной опасностью;

2)на особо опасные условия;

3)на условия без повышенной опасности поражения людей электрическим током.

Условия с повышенной опасностью поражения людей электрическим током:

1)наличие влажности (пары или конденсат выделяются в виде мелких капель, относительная влажность воздуха превышает 75 %);

2)наличие проводящей пыли (технологическая и другая пыль, оседая на проводах, проникая внутрь машин и аппаратов и отлагаясь на электроустановках, ухудшает условия охлаждения и изоляции, но не вызывает опасности пожара или взрыва);

3)наличие токопроводящих оснований (металл, земля, и т.д.);

4)наличие повышенной температуры (длительно +35 °С, кратковременно + 40 °С) независимо от времени года и различных тепловых излучений;

5)наличие возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой.

24

Особо опасные условия поражения людей электрическим током:

1)наличие сырости (дождь, снег, опрыскивание);

2)наличие химически активной среды (постоянно или длительно содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования);

3)наличие одновременно двух или более условий повышенной опасности.

Условия без повышенной опасности поражения людей электри-

ческим током – отсутствие условий, создающих повышенную или особую опасность.

Поражение человека электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Это может быть:

–при двухфазном включении в цепь (рис. 4);

–при однофазном включении в цепь – провода, клеммы, шины и т.д. (рис. 5, 6);

–при контакте человека с нетоковедущими частями оборудования (корпус станка, прибора), конструктивными элементами здания, оказавшимися под напряжением в результате нарушения изоляции проводки и токоведущих частей.

Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но и наиболее опасным является прикосновение человека к двум фазным проводам или проводникам тока, соединенным с ними (см. рис. 4). В этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука – рука», т.е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (Еч).

Рис. 4. Двухфазное включение в цепь:

а – изолированная нейтраль; б – заземленная нейтраль; А, В, С – фазные провода; РЕМ – нулевой защитный и нулевой рабочий проводники,

объединенные в один проводник

25

Рис. 5. Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью: а – нормальный режим работы; б – аварийный режим работы

(повреждена вторая фаза); R0 – сопротивление заземления нулевого провода;

Rк – сопротивление замыкания провода на землю

Рис. 6. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью: а – нормальный режим работы; б – аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то ток, проходящий через тело человека, будет равен

Iч = Uл /Rч = 380 В/1000 Ом = 0,38 А = 380 мА.

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будут зависеть, прежде всего, от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока.

Чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается с фазным проводом или частью прибора, аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).

26

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью

(см. рис. 5). В этом случае ток проходит через тело человека по пути «рука – ноги» или «рука – рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определяться сопротивлением тела человека (Rч), обуви (Rоб), основания (Rос), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (Rн), и через человека потечет ток

Iч = Uф/(Rч + Rоб + Rос+ Rн).

(3)

Сопротивление нейтрали Rн невелико, и им можно пренебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи.

Примем напряжение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном полу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома невелика.

Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, со-

противление человека 1 кОм. Ток, проходящий через тело человека, будет равен

Iч = 220 В/(30000 + 100000 + 1000) Ом = 0,00168 А = 1,68 мА.

Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек почувствует протекание тока, прекратит работу, устранит неисправность.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или босиком, через тело будет проходить ток, равный

Iч = 220 В/(3000 + 1000) Ом = 0,055 А = 55 мА.

Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резиновых са- погах, через тело проходит ток, равный

Iч = 220 В/(500000 + 1000) Ом = 0,0004 А = 0,4 мА.

Воздействие такого тока человек может даже не почувствовать, но небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой подошвы и сделать работу опасной.

Перед тем как приступить к работе с электрическими устройст- вами, необходимо провести тщательный их осмотр на предмет отсут-

27

ствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные, – просушить. Мокрые электри- ческие устройства эксплуатировать нельзя! Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хранить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли или влаги. Работать надо в обуви. Если надежность электрического устройства вызывает сомнения, то необхо- димо подстраховаться – подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать резиновые перчатки.

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предметами, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкцией здания, влажной деревянной стеной, водопроводной трубой, отопительной батареей и т.п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практически накоротко соединены с землей, их электрическое сопротивление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопротивлению тела и через человека потечет ток, равный

Iч = Uф / Rч = 220 В/1000 Ом = 0,22 А = 220 мА.

Эта величина тока смертельно опасна.

При работе с электрическими устройствами нельзя прикасаться второй рукой к предметам, которые могут быть электрически соединены с землей. Работа в сырых помещениях, при наличии вблизи от человека хо- рошо проводящих предметов, соединенных с землей, представляет исклю-

чительно высокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме, когда одна из фаз сети (другая фаза сети, отличная от фазы, к которой прикоснулся человек) оказалась замкнутой на землю, происходит перераспределение напряжения, и напряжение исправных фаз отличается от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение, которое больше фазного, но меньше линейного. Поэтому при любом пути протекания тока этот случай более опасен.

Однофазное включение в цепь в сети с изолированной нейтра-

лью (см. рис. 6). На производстве для электроснабжения силовых электроустановок находят применение трехпроводные электрические сети с изолированной нейтралью. В таких сетях отсутствует четвертый заземленный нулевой провод, а имеются только три фазных провода.

28

На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления rА , rB, rC изоляции провода каждой фазы и емкости СА, Св, Сс каждой фазы относительно земли. Для упрощения анализа примем rА = rB = rC = r , а СА = СB = СС = С.

Если человек прикоснется к одному из проводов или к какомунибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток потечет через человека, обувь, основание и через изоляцию и емкость проводов будет стекать на два других провода. Образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивление изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление исправной изоляции составляет десятки и сотни кОм, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопротивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. То есть ток, проходящий через тело человека, в такой сети будет меньше и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее. Ток, проходящий через тело человека, будет равен

	Iч =			Uф		,	(4)
		Rцч 1+		r(r + 6Rцч )
				9R2 (1+ r2ω2C2
				цч

где Rцч = Rч + Rоб + Rос – электрическое сопротивление цепи человека, ω = 2πf – круговая частота тока, рад/с (для тока промышленной частоты f = 50 Гц, поэтому ω = 100π).

Если емкость фаз невелика (это имеет место для непротяженных воздушных сетей), можно принять С ≈ 0, и ток

Iч = 3Uф / (3Rцч + r).

(5)

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 кОм, ток, который проходит через тело человека (для сети 380/220 В), будет равен:

Iч = 3∙220 В/[3∙(30000 + 100000 + 1000) + 300000] Ом = = 0,00095 А = 0,95 мА.

Такой ток человек может даже не почувствовать. Даже если не учи-

тывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через человека ток будет безопасен:

Iч = 3∙220 В/300000 Ом = 0,0022 А = 2,2 мА.

29

Для протяженных электрических сетей, особенно кабельных линий, емкостью фаз нельзя пренебрегать (С ≠ 0). Даже при очень хорошей изоляции фаз (R = ∞) ток потечет через человека через емкостное сопротивление фаз, и его величина будет определяться по формуле

Iч =		Uф
			.	(6)
	R2	+ (1/ 6πfC)2
	цч

Таким образом, протяженные электрические цепи промышленных предприятий большой емкости обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

При нарушении же изоляции какой-либо фазы прикосновение к сети с изолированной нейтралью становится более опасным, чем к сети с заземленным нулевым проводом. В аварийном режиме работы (см. рис. 6, б) ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к исправной фазе, будет стекать по цепи замыкания на земле на аварийную фазу, и его величина

Iч =Uл / (Rцч + Rз ).

(7)

Так как сопротивление замыкания R3 аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет равно сопротивлению цепи человека Rцч, что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использования (возможность получения напряжения 220 и 380 В) четырехпроводные сети с заземленным нулевым проводом на напряжение 380/220 В получили наи- большее распространение.

Рассмотрены далеко не все возможные схемы электрических сетей и варианты прикосновения. На производстве могут быть более сложные схемы электроснабжения, находящиеся под большими напряжениями, а значит, и более опасные. Однако основные выводы и рекомендации для обеспечения безопасности практически такие же.

Снизить ток, протекающий через тело человека в этом случае, можно либо за счет увеличения электрического сопротивления цепи (например, за счет применения СИЗ), либо за счет уменьшения потенциала корпуса φк и потенциала земли φ3, так как напряжение прикосновения при однофазном включении в цепь

Uпр = ϕк − ϕз.

(8)

30