Лекция № 3

Z_полн = 2Z_полн + R_В = 2/(1/R_Н + jC_Н) + R_В

Z_плон = (4R_Н(R_Н+R_В)/(1+(R_НС_Н)²) +R_В²)

С

С_Н

R_Н

Z_Н

)

R_Н = 2R_Н + R_В

С_Н  0,5С_Н

Z_полн  = R_Н/(1+(R_НС_Н)²)

Факторы, влияющие на сопротивление тела человека.

1. Состояние кожи

а) Повреждение рогового слоя кожи R_h  R_ВН

б) Увлажнение кожи – подсоленная вода  R на 30 – 50%, а дистиллированная – на 15 – 30%

в) Потовыделение – раствор солей

г) Загрязнение кожи

2. Параметры электрической цепи

а) Место приложения электрода

б ) Значение тока, проходящего через тело человека,  тока ведет к снижению сопротивления (термическое воздействие тока  центральная нервная система  расширение кровеносных сосудов  потоотделение

в) Значение напряжения, приложенного к телу человека

Пробивное напряжение 20 – 200 В — пробой рогового слоя кожи.

Когда f = 0, R_Н = 2R_Н + R_В

Сопротивление тела человека постоянному току больше.

г ) Частота

д) Площадь, приложенных к телу человека электродов

На больших частотах площадь влияет меньше

е) Длительность прохождения тока через тело человека

Если воздействие длится 1 – 2 мин, R_h  на 10 – 40 %.

3. Факторы окружающей среды

а) температура

б) давление

в) влажность

4. Физиологические факторы

а) пол

б) возраст

в) сердечно-сосудистая система

г) дерматология

д) психофизическое состояние человека

Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током

1. см. критерии электробезопасности

2. время воздействия

а) чем больше время, тем хуже

б) совпадение времени воздействия тока с фазой T кардиоцикла

100 %

20 %

систола

диастола

период 0,8–1 с

Систола – период активной работы сердца, диастола – период покоя.

Если ток проходит через фазу Т, то 100 % фибрилляция сердца.

— вероятность наступления фибрилляции сердца

Р

Q

S

R

R

S

Q

Р

Т

f

в) род тока и частота

Несмотря на то, что с  частоты полное сопротивление тела , поражение электрическим током неоднозначно.

Р = I_неотп (f)/I_неотп(50)100%

Постоянный ток менее опасен

50–70 мА

10 мА

I_неотп

Р

50 400 Гц

г) путь прохождения тока

Наиболее опасные пути прохождения тока:

1. голова — руки

2. голова — ноги

Наиболее частые пути прохождения тока:

1. рука — ноги

2. рука — рука

3. нога — нога

Через сердце проходит больший ток при «правая рука — ноги»

6,7 % через сердце

3,7 % через сердце

3,3 % через сердце

0,4 % через сердце

е) индивидуальные свойства человека

Классификация электроустановок и помещений по опасности поражения электрическим током – книга Долина.

Явление растекания тока в земле

Электрическое замыкание на землю – случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями, имеющими связь с землей.

Преднамеренное замыкание на землю называется заземлением.

_З = I_ЗR_З,

где:

_З – потенциал заземлителя

I_З – ток, стекающий в землю

R_З – сопротивление заземлителя растеканию тока (не сопротивление лома, воткнутого в землю)

Распределение потенциалов на поверхности земли (потенциальная кривая)

Характер распределения потенциалов вблизи заземлителя зависит от: I_З, конфигурации заземлителя, их взаимного расположения. Размеры электродов от нескольких метров до нескольких километров.

Полушаровой заземлитель, расположенный на поверхности земли.



Допущения:

1. Ток стекает в землю через одиночный заземлитель, полусферической формы.

2. Заземлитель находится в однородном изотропном грунте.

3. Удельное электрическое сопротивление грунта >> удельного электрического сопротивления материала заземлителя.

4. Не учитываем поверхностный эффект

В объеме грунта возникает поле растекания.

Плотность тока j = I_З/(2х²)

Выделим dx : dU = Еdx

Напряжение точки А – потенциал точки А относительно бесконечно удаленной точки с  = 0.

_А = U_А = _х∫^ dU

Электрическое поле 50 Гц может рассматриваться как стационарное.

Е = j

_А = _х∫^ Еdх = _х∫^ I_З/(2х²)dх = I_З/(2х)

_З = _МАХ = I_З/(2R); _MIN = 0 при х  

Грунт, лежащий вблизи заземлителя, потенциал которого не равен нулю, называется зоной растекания. Грунт с потенциалом, равным нулю, называется электрической землей. Зона растекания тока ограничивается 20 метрами.

Сопротивление заземлителя растеканию тока.

1. Собственное сопротивление заземлителя (сопротивление лома).

2. Переходное сопротивление в месте контакта заземлителя с грунтом.

3. Сопротивление грунта, лежащего вблизи заземлителя

1 и 2 можно пренебречь.

dR_растек = dx/(2х²)

R_растек = _R∫^ dx/(2х²) = /(2R) = /(D)

Сопротивление оказывает только грунт, лежащий вблизи заземлителей, между ними сопротивление не оказывает.

_З = I_З/(2R) = I_З R_З

Явление растекания тока с групповых заземлителей, сопротивление групповых заземлителей (книга Долина).

Напряжение прикосновения.

Разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, падение напряжения в теле человека.

U _h = I_hR_h или U_h = _руки – _ноги = _З – _{основания} = _З(1 – _{основания}/_З)

₁

В общем виде U_h = _З₁

₁ – коэффициент напряжения прикосновения; ₁ ≤ 1

₁ зависит от формы потенциальной кривой, от взаимного расположения человека и заземлителя.

_З = I_З R_З

U_ОСН

U_h = _З₁

> 20 м

Чтобы учесть сопротивление растекания с ног человека:

_З₁ = I_h(R_h + R_осн) = (U_h / R_h)(R_h + R_осн)

U _h = _З₁/(1+ R_ос/R_h)

₂

₂ – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий растекание тока с основания, на котором стоит человек.

U_h = _З₁₂

Напряжение шага – разность потенциалов между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

U_Ш = I_ШR_Ш

U_Ш = _х – _х+а; а = 0,8 м

U_Ш = _З₁ – часть потенциала заземлителя, коэффициент напряжения шага.

₁ = (_х – _х+а) / _З <1

₁ в зависит от формы потенциальной кривой и взаимного расположения человека и заземлителя

х

х+а

_х

_х+а

U_ш = _х – _х+а

Напряжение, приложенное к телу человека: _З₁ = I_h(R_h + R^’_осн)

R^’_осн — сопротивление растеканию тока с обоих ног человек.

U_Ш = _З₁/(1+ R^’_осн/R_h) = _З₁₂

₂ – коэффициент напряжения шага, учитывает растекание тока с основания, на котором стоим человек.

U_Ш = _З₁₂

U_h = _З₁₂

Напряжение прикосновения опаснее, чем напряжение шага, т. к. ₁ > ₁, ₂ >> ₂

Надо уменьшить сопротивление заземлителя, путь снижения ₁ – выравнивание потенциалов.

Анализ электробезопасности различных сетей.

Опасность поражения электрическим током в различных электрических сетях, оцениваемое напряжением соприкосновения, зависит от:

1. Значения напряжения сети

2. Режима нейтрали сети

3. Сопротивление изоляции проводов относительно сети

4. Емкость проводов относительно сети

Схемы включения человека в электрическую цепь.

TN – C

А

В

С

РЕN

N

РЕ

РЕ

РЕ – защитный

N – рабочий нулевой

TN – S

T N – С – S

IT

T

А

T

В

С

РЕN

РЕ

Z_А

Z_В

Z_С

Двухфазное двухполюсное прикосновение (I_h не зависит от параметров сети)

Однофазное однополюсное прикосновение (I_h зависит от параметров сети)

Замыкание на корпус (косвенное прикосновение)

Двухфазное прикосновение I_h = 3U_ф/R_h

При однофазном прикосновении ток значительно меньше.

Однофазные сети.

Однофазная сеть, изолированная от земли, нормальный режим работы.

R₁

R₂

2

1

Дано: R₁, R₂, R_h

C₁ = C₂ сеть короткая

U = U_h + I₂R₂, I₂ = I₁ + I_Ш, U = U_h + (I₁ + I_Ш)R₂

I₁ = U_h / R₁, I_h = U_h / R_h;

U_h = UR₁R_h /(R₁R₂ + R₁R_h + R_hR₂)

R₁ = R₂ = R ; U_h = UR_h /(2R_h+R)

Человек прикасается к исправному проводу.

Ток через тело человека существенно зависит от сопротивления изоляции относительно земли. Опаснее прикасаться к проводу, имеющему большее сопротивление относительно земли.

О

R₁

R₂

2

1

R_З

днофазная сеть, изолированная от земли, аварийный режим работы.

R₂

R₁

R_h

R_З

R₁ и R₂ – мегаомы

R_Э = R₂R_З/( R₂+R_З)  R_З

U_h = U при аварийном режиме

I_h U/R_h