1.5. 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 12.1.013-78 все условия, в которых экс­плуатируется электрооборудование, подразделяют на:

1. условия с повышенной опасностью;

2. особо опасные условия;

3. 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.

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 электри­ческим 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);

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

21

· 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 (Е_ч).

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

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;

R_к – сопротивление замыкания провода на землю

22

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:

I_ч = U_л /R_ч = 380 В/1000 Ом = 0,38 А = 380 мА.

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет 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).

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью

(см. рис. 5). В этом случае ток проходит через 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 (R_ч), обуви (R_об), основания (R_ос), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (R_н), и через человека поте­чет ток:

I_ч = U_ф/(R_ч + R_об + R_ос+ R_н).

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

Примем напряжение сети 380/220В. 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.

23

Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, со­противление человека 1 кОм. Ток, проходящий через тело человека, будет равен:

I_ч = 220 В/(30 000 + 100 000 + 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:

I_ч = 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 са­погах, через тело проходит ток, равный:

I_ч = 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 устройст­вами, необходимо провести тщательный их осмотр на предмет отсут­ствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные, – просушить. Мокрые элек­трические 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 необходимо 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:

I_ч = U_ф / R_ч = 220 В/1000 Ом = 0,22 А = 220 мА.

Эта величина тока смертельно опасна.

24

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 хорошо проводящих предметов, соединенных с землей, пред­ставляет исключительно высокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме (см. рис. 5, б), 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 нейтралью

(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.

На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления r_А , r_B, r_C изоляции провода каждой фазы и емкости С_А, С_в, С_с каждой фазы относительно земли. Для упрощения анализа примем r_А = r_B = r_C = r , а С_А = С_B = С_С = С.

Если человек прикоснется к одному из проводов или к какому-нибудь 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:

R ч 9R_ц ² _ч(1 + r²w²C²

где R_цч = R_ч + R_об + R_ос электрическое сопротивление цепи человека, ω = 2π f - круговая частота тока, рад/с (для тока промышленной частоты f = 50 Гц, поэтому ω = 100π).

25

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

I_ч = 3U_ф /(3R_цч + r).

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:

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

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

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:

^ч R_ц²_ч + (1/6pfC)²

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

I_ч =U_л /(R_цч + R_з ).

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 R_цч, 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 наи­большее распространение.

26

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 φ_к и потенциала земли φ₃, так как напряжение прикосновения при однофазном включении в цепь

U_пр = j_к -j_з.

Основными нормативными документами по технике безопасности при производстве электромонтажных работ являются строительные нормы и правила СНиП III-4-80* «Техника безопасности в строительстве» и разработанные на их основе Правила техники безопасности при элек­тромонтажных и наладочных работах.