5.10.2. Схемы случайных подключений к электрической сети, оценка опасности.

Электрические сети трехфазного переменного тока могут быть с изолированной нейтралью (нейтраль – общая точка соединений всех трех вторичных обмоток силового трансформатора) и с заземленной нейтралью. Последние получили широкое распространение в сельскохозяйственном производстве. В таких сетях, как известно, имеются три фазных провода и один (четвертый)– нулевой, подлежащий повторному заземлению. Такая трехфазная четырехпроводная электрическая сеть напряжением 380/220 В получила преимущественное применение благодаря тому, что к ней можно одновременно подключать силовое трехфазное оборудование с линейным напряжением 380 В (электродвигатели, трансформаторы и т.д.) и бытовые однофазные электрические приборы, освещение, рассчитанные на напряжение фазное 220 В.

В процессе работы электроустановки её изоляция (проводов, обмоток электродвигателя и т.п.) с течением времени «стареет», ее сопротивление снижается, в определенный момент времени происходит пробой изоляции и на металлическом корпусе технологического оборудования (смонтированного на одном основании с электрическим двигателем) может появиться напряжение какой либо из фаз. Аналогичная ситуация может иметь место при механических повреждениях изоляции токоведущих частей оборудования. В таких случаях поражение электрическим током человека или животного может произойти либо при непосредственном соприкосновении с токоведущими частями оборудования, либо при соприкосновении с металлическими частями оборудования, случайно оказавшимися под напряжением (Л.13).

Степень опасности поражения электрическим током зависит и от того, каким образом произошло случайное подключение человека (или животного) к электрической сети. Такое включение может быть однофазным и двухфазным (рис. 10).

Рис.10. Схемы случайных подключений человека к электрической сети.

а – однофазное в сети с глухозаземленной нейтралью; б – однофазное в сети с изолированной нейтралью; в – двухфазное в сети с изолированной нейтралью; г – в зоне растекания

тока в землю (при обрыве фазного провода) с образованием шагового напряжения.

При случайном однофазном подключении к электрической сети с заземленной (наглухо заземленной) нейтралью (соприкосновение с одной из фаз сети) человек попадает под действие фазного напряжения Uф (напряжение между фазой и землей, к которой с помощью заземления присоединена нейтраль трансформатора). В этом случае исход поражения в значительной мере будет зависеть от величины силы тока, прошедшего через тело человека.

Величину этого тока Iч найдем по формуле:

Iч = Uф / Rобщ ,

где R общ – общее сопротивление цепи «фаза – нуль», состоящее из сопротивления тела человека, сопротивление его обуви, сопротивление пола и сопротивление земли от места нахождения человека до ближайшего повторного заземления.

При случайном однофазном подключении к электрической сети с изолированной нейтралью человек (или животное) попадает под действие линейного напряжения Uл (напряжение между разными фазами). В этом случае сила тока, прошедшего через тело человека, может быть найдена из выражения:

Iч = Uл / Rобщ + Rиз ,

где Rиз - сопротивление изоляции между фазами.

Как видно из приведенных выражений, величина силы тока и степень опасности поражения в сетях с изолированной нейтралью выше, чем в сетях с глухо заземленной нейтралью и эта опасность напрямую зависит от качества и величины сопротивления изоляции проводов.

При двухфазном подключении человек полностью попадает под действие линейного напряжения (независимо от режима работы нейтрали) и исход поражения будет зависеть в основном от величины сопротивления Rч тела человека ( животного), т.е. Iч = Uл / Rч.

Определенная опасность поражения электрическим током может быть реализована при попадании человека ( или животного) в зону растекания тока в земле. Такая ситуация может возникнуть при обрыве линейного провода при его касании с землей, при стекании тока через испорченную (пробитую) изоляцию в землю, при ударе молнии и стекании электрических зарядов в землю. При этом ноги человека (или животного), находящегося в поле растекания тока, могут оказаться под некоторой разницей потенциалов, называемой шаговым напряжением (рис.8).

Величина шагового напряжения зависит от удаления от точки стекания тока в землю, (потенциал снижается по гиперболическому закону и на удалении примерно 20 – 40 м он практически равен нулю) и от величины шага. Поэтому одно из правил безопасного выхода из подобной ситуации гласит: « выходить из зоны растекания тока следует короткими шагами», ибо, чем шире шаг, тем выше величина шагового напряжения и тем выше опасность. Шаговое напряжение особенно опасно для крупных животных, у которых расстояние между передними и задними конечностями больше, чем у человека. Для защиты животных втаких ситуациях используют метод выравнивания потенциалов (см. 5.10.4).