7.3. Анализ опасности поражения электрическим током

Все случаи поражения человека током в результате электрического удара возможны при замыкании электрической цепи через его тело, то есть при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Наиболее типичны два случая замыкания цепи тока через тело человека: когда он касается одновременно двух проводов и когда он касается одного провода. Применительно к сетям переменного тока первый случай называют двухфазным прикосновением, второй случай – однофазным прикосновением (при наличии электрической связи между сетью и землей вследствие несовершенства изоляции проводов относительно земли, замыкания провода на землю).

Двухфазное прикосновение более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное и через тело человека пойдет ток.

I_h = = ∙ , (1.2)

где: U_л – линейное напряжение (напряжение между фазными проводами сети), В; U_ф – фазное напряжение (напряжение между началом и концом одной обмотки или между фазным и нулевым проводами), В; R_h - сопротивление тела человека, Ом (рис 1.1)

В сети с линейным напряжением U_л = 380 В (U_ф = 220 В) при сопротивлении тела человека R_h = 1000 Ом

I_h = = ∙ = 0, 38 А = 380 мА

Такой ток смертельно опасен для человека и практически не зависит от режима нейтрали сети, а также от изоляции человека от земли.

Однофазное прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное, но оно менее опасно, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, то есть в 1,73 раза меньше линейного.

Рис. 1.1. Прикосновение человека к двум фазам

В сети с заземленной нейтралью цепь тока, проходящего через человека, включает в себя сопротивление тела человека, сопротивление его обуви, сопротивление пола, на котором он стоит, сопротивление заземления нейтрали источника тока (рис.1.2)

Рис. 1.2. Прикосновение человека к одной фазе трехфазной сети с

заземленной нейтралью

Ток, проходящий через человека, определяют по формуле

I_h = + R_об + R_n + , (1.3)

где R_из – сопротивление обуви, Ом; R_n сопротивление пола, Ом; R₀ -сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

В наиболее неблагоприятном случае (токопроводящая обувь, токоп-роводящий пол) – R_o6 = 0, R_n = 0 ,R₀ < 10 Ом

I_h = = = 0, 22 А = 220 мА

То есть, ток, проходящий через человека, в 1,73 раза меньше, чем при двухфазном прикосновении, но также является смертельно опасным.

При наличии нетокопроводящей обуви (резиновые галоши R_об =45 кОм) и изолирующего пола (дерево, R_n = 100 кОм)

I_h = + 45000 + 100000 = 0, 0015 А = 1, 5 мА

Такой ток не опасен для человека.

В сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением

I_h = + R_об + R_n + (1. 4)

где: R_из – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом (рис.1.3)

При наиболее неблагоприятном случае (R_об = 0 и R_n = 0)

I_h = + = + 30000 = 0,007 А = 7 мА

Такой ток не опасен для человека (при R_из = 90 кОм), то есть условия безопасности находятся в зависимости от сопротивления изоляции проводов относительно земли.

При R_об = 45 кОм и R_n = 100 кОм

I_h = 1, 25 мА + 45000 +100000 + 30000= 0, 00125 А

Рис. 1.3. Прикосновение человека к одной фазе трехфазной сети с

изолированной нейтралью

Такой ток не опасен для человека, то есть при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью при нормальных условиях работы сетей.

В случае аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, поскольку напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью повышение напряжения может быть незначительным.

Металлические нетоковедущие части электроустановок (например, корпуса машин и агрегатов) могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. В этом случае при заземленном корпусе происходит замыкание на землю и прикосновение человека к корпусу не опасно. Если же человек коснется незаземленного корпуса, оказавшегося под напряжением, то это равноценно однофазному прикосновению к токоведущим частям. В этом случае, ток, проходящий через человека (при малых значениях R_об, R_n, R_из), может достигать опасных значений (рис.1.3).

Рис. 1.4. Распределение потенциалов в зоне растекания тока при попаданиичеловека под шаговое напряжение (1) и под напряжение прикосновения (2) при замыкании на землю, ф - потенциал корпуса относительно земли; I_з - значение тока проходящего через заземлитель

В любых электрических сетях человек, находящийся в зоне растекания тока, может оказаться под напряжением шага и напряжением прикосновения. Напряжением шага (шаговым напряжением) называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека (рис.1.4)

В положении 1 человек попадает под напряжение шага U_ш, наибольшая величина которого около места замыкания, наименьшая – на расстоянии более 20 м. На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68% полного напряжения, на расстоянии 10 м - 92%, на расстоянии 20 м практически равно нулю.

Случаи поражения людей в результате воздействия напряжения шага редки. Они возможны, например, вблизи упавшего на землю провода. Поражение при шаговом напряжении усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног человек может упасть, после чего цепь тока замыкается на теле через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к его телу.

Человек, находясь в положении 2, попадает под напряжение прикосновения U_пр которое равно разности потенциалов рук и ног. По мере удаления от заземлителя (места заземления на землю) напряжение прикосновения увеличивается и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.