Как се оценява рискът от нараняване на човек чрез тока на електрическа инсталация в електрически мрежи с различни конфигурации?

Познаването на процесите, протичащи в електрическите инсталации, позволява на енергийните инженери да експлоатират безопасно оборудване с всяко напрежение и вид ток, да извършват ремонтни работи и поддръжка на електрическите системи.

За да се избегнат случаи на токов удар на електрическа инсталация, информацията, съдържаща се в ПУЕ, PTB и PTE — основните документи, създадени от най -добрите специалисти въз основа на анализ на аварии с хора, пострадали от опасни фактори, съпътстващи работата на електрическата енергия.

Обстоятелства и причини за излагане на човек на електрически ток

Документите за ръководство за безопасност разграничават три групи причини, обясняващи електрическия удар на работниците:

1. умишлен, неволен подход към части под напрежение с напрежение на разстояние по -малко от безопасно или докосване до тях;

2. възникване и развитие на извънредни ситуации;

3. нарушение на изискванията, посочени в ръководствата, предписващи правилата за поведение на работниците в съществуващи електрически инсталации.

Оценката на опасността от нараняване за човек се състои в определяне чрез изчисления на величините на токовете, които преминават през тялото на жертвата. В същото време трябва да се вземат предвид много ситуации, когато могат да възникнат контакти на произволни места на електрическа инсталация. В допълнение, напрежението, приложено към тях, варира в зависимост от много причини, включително условията и режимите на работа на електрическата верига, нейните енергийни характеристики.

Условия за нараняване на хора от електрически ток

За да протече ток през тялото на жертвата, е необходимо да се създаде електрическа верига, като се свърже с най -малко две точки от веригата, която има потенциална разлика — напрежение. При електрическото оборудване могат да възникнат следните условия:

1. Едновременно двуфазно или двуполюсно докосване на различни полюси (фази);

2. еднофазен или еднополюсен контакт с потенциала на веригата, когато човек има директна галванична връзка със земния потенциал;

3. случайно създаване на контакт с проводими елементи на електрическата инсталация, които са били под напрежение в резултат на развитието на аварията;

4. попадащи под действието на стъпковото напрежение, когато се създава потенциална разлика между точките, на които едновременно се намират краката или други части на тялото.

В този случай може да възникне електрически контакт на пострадалия с тоководещата част на електрическата инсталация, което се счита от PUE като докосване:

1. директно;

2. или косвено.

В първия случай той се създава чрез директен контакт с част под напрежение, свързана под напрежение, а във втория, при докосване на неизолирани елементи на веригата, когато през тях е преминал опасен потенциал в случай на авария.

За да се определят условията за безопасна работа на електрическа инсталация и да се подготви работно място за работници в нея, е необходимо:

1. да анализира случаите на евентуално създаване на пътища за преминаване на електрически ток през тялото на обслужващия персонал;

2. сравнява максималната му възможна стойност с настоящите минимално допустими стандарти;

3. взема решение за прилагане на мерки за осигуряване на електрическа безопасност.

Характеристики на анализа на условията на нараняване на хора в електрически инсталации

За да се оцени големината на тока, преминаващ през тялото на жертвата в мрежа с DC или AC напрежение, се използват следните типове обозначения за:

1. съпротивления:

• Rh — в човешкото тяло;

• R0 — за заземяващо устройство;

Ris — изолационен слой спрямо контура на земята;

2. токове:

Ih — чрез човешкото тяло;

Iз — късо съединение към контура на земята;

3. напрежения;

Uc — вериги с постоянни или еднофазни променливи токове;

Ul — линеен;

Uf — фаза;

Uпр — докосвания;

Уш — стъпки.

В този случай са възможни следните типични схеми за свързване на жертвата към веригите за напрежение в мрежите:

1. постоянен ток при:

• еднополюсен контакт на проводников контакт с потенциал, изолиран от земната верига;

• еднополюсен контакт на потенциала на веригата със заземен полюс;

• биполярен контакт;

2. трифазни мрежи при;

• еднофазен контакт с един от потенциалните проводници (обобщен случай);

• двуфазен контакт.

Вериги за повреда в DC вериги

Еднополюсен човешки контакт с потенциал, изолиран от земята

Под влияние на напрежението Uc, ток Ih преминава през удвоеното изолационно съпротивление на средата през последователно създадената верига от потенциала на долния проводник, тялото на жертвата (ръка-крак) и контура на земята.

Еднополюсен човешки контакт с потенциал на заземен полюс

В тази схема ситуацията се влошава от свързването към заземяващата верига на един потенциален проводник със съпротивление R0, близо до нула и много по -ниско от това на тялото на жертвата и изолационния слой на външната среда.

Силата на необходимия ток е приблизително равна на съотношението на мрежовото напрежение към съпротивлението на човешкото тяло.

Биполярен човешки контакт с мрежови потенциали

Мрежовото напрежение се подава директно към тялото на жертвата, а токът през тялото му се ограничава само от собственото му незначително съпротивление.

Общи схеми на повреда в трифазни вериги с променлив ток

Създаване на човешки контакт между фазовия потенциал и земята

По принцип има съпротивление между всяка фаза на веригата и се създава потенциал на земята и капацитет. Нулата на намотките на източника на напрежение има обобщено съпротивление Zн, чиято стойност варира в различните заземяващи системи на веригата.

Формулите за изчисляване на проводимостта на всяка верига и общата стойност на тока Ih през фазовото напрежение Uf са показани на снимката чрез формулите.

Формиране на човешки контакт между две фази

Най -голямата стойност и опасност е токът, преминаващ през веригата, създаден между преките контакти на тялото на жертвата с фазовите проводници. В този случай част от тока може да премине по пътя през земята и изолационното съпротивление на средата.

Характеристики на двуфазно докосване

В DC ​​и трифазни AC вериги създаването на контакти между два различни потенциала е най-опасно. С тази схема човек попада под влиянието на най -големия стрес.

Във верига с захранване с постоянно напрежение, токът през жертвата се изчислява по формулата Ih = Uc / Rh.

В трифазна AC мрежа тази стойност се изчислява според съотношението Ih = Ul / Rh =√3Uph / Rh.

Като се има предвид това средното електрическо съпротивление на човешкото тяло е 1 килоом, ние изчисляваме тока, който възниква в мрежата с постоянно и променливо напрежение от 220 волта.

В първия случай ще бъде: Ih = 220/1000 = 0,22A. Тази стойност от 220 mA е достатъчна за пострадалия да претърпи конвулсивно мускулно свиване, когато без помощ той вече не е в състояние да се освободи от ефектите на случайно докосване — задържащия ток.

Във втория случай Ih = (220·1,732)/1000= 0,38А. При тази стойност от 380 mA възниква фатален риск от нараняване.

Обръщаме внимание и на факта, че в трифазна мрежа с променливо напрежение позицията на неутрала (тя може да бъде изолирана от земята или обратно-свързано късо съединение) оказва много малко влияние върху стойността на тока Ih . Основният му дял не преминава през земната верига, а между фазовите потенциали.

Ако човек е приложил защитно оборудване, което гарантира надеждната му изолация от контура на земята, тогава в такава ситуация те ще бъдат безполезни и няма да помогнат.

Характеристики на еднофазно докосване

Трифазна мрежа със здраво заземена неутрала

Жертвата докосва един от фазовите проводници и попада под потенциалната разлика между него и земната верига. Такива случаи се срещат най -често.

Въпреки че напрежението фаза-земя е 1,732 пъти по-малко от напрежението на мрежата, такъв случай остава опасен. Състоянието на жертвата може да се влоши:

• неутрален режим и качество на връзката му;

• електрическо съпротивление на диелектричния слой на проводниците спрямо потенциала на земята;

• вид обувки и техните диелектрични свойства;

• устойчивост на почвата на мястото на жертвата;

• други свързани фактори.

Стойността на тока Ih в този случай може да се определи от съотношението:

Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + R0).

Припомнете си, че съпротивленията на човешкото тяло Rh, обувките Rb, пода Rp и заземяването при неутрално R0 се вземат в ома.

Колкото по -малък е знаменателят, толкова по -силен е токът. Ако например служител носи проводящи обувки, той е намокрил краката си или ходилата са облицовани с метални пирони и освен това е върху метален под или влажна почва, тогава можем да приемем, че Rb = Rp = 0. Това гарантира най -неблагоприятния случай за живота на жертвата.

Ih = Uph / (Rh + R0).

С фазово напрежение 220 волта получаваме Ih = 220/1000 = 0,22 А. Или смъртоносен ток от 220 mA.

Сега нека изчислим опцията, когато работникът използва защитно оборудване: диелектрични обувки (Rp = 45 kOhm) и изолационна основа (Rp = 100 kOhm).

Ih = 220/(1000+ 45000 + 10000) = 0,0015 А.

Получи безопасна стойност на тока от 1,5 mA.

Трифазна мрежа с изолирана неутрала

Няма пряка галванична връзка на неутрала на източника на ток с потенциала на земята. Фазовото напрежение се прилага към съпротивлението на изолационния слой Rот, който има много висока стойност, който се контролира по време на работа и се поддържа постоянно в добро състояние.

Веригата на протичане на ток през човешкото тяло зависи от тази стойност във всяка от фазите. Ако вземем предвид всички слоеве на съпротивление на тока, тогава стойността му може да бъде изчислена по формулата: Ih = Uph / (Rh + Rb + Rp + (Riz / 3)).

В най -лошия случай, когато се създадат условия за максимална проводимост през обувките и пода, изразът ще приеме формата: Ih = Uph / (Rh + (Rf / 3)).

Ако вземем предвид 220 -волтова мрежа със слойна изолация от 90 kΩ, получаваме: Ih = 220 / (1000+ (90000/3)) = 0,007 A. Такъв ток от 7 mA ще се усети добре, но няма може да причини смъртоносно нараняване.

Обърнете внимание, че в този пример умишлено пропуснахме съпротивлението на почвата и обувките. Ако ги вземем предвид, токът ще намалее до безопасна стойност, от порядъка на 0.0012 A или 1.2 mA.

Изводи:

1. В системи с изолиран неутрален режим е по -лесно да се гарантира безопасността на работниците. Това зависи пряко от качеството на диелектричния слой на проводниците;

2. При същите обстоятелства, докосвайки потенциала на една фаза, верига със заземена неутрала е по -опасна, отколкото с изолирана.

Авариен режим на еднофазен контакт в трифазна мрежа със заземена неутрала

Нека разгледаме случая на докосване на металното тяло на електрическо устройство, ако изолацията на диелектричния слой при фазовия потенциал е нарушена вътре в него. Когато човек докосне това тяло, токът ще тече през тялото му към земята и след това през неутрала към източник на напрежение.

Еквивалентната схема е показана на снимката по -долу. Съпротивлението Rn се притежава от натоварването, създадено от устройството.

Изолационното съпротивление Rот заедно с R0 и Rh ограничава контактния ток между фази. Тя се изразява със съотношението: Ih = Uph / (Rh + Rот + Ro).

В този случай, като правило, дори на етапа на проекта, избирайки материали за случая, когато R0 = 0, те се опитват да спазят условието: Rf>(Uph /Ihg)- Rh.

Стойността на Ihg се нарича праг на незабележим ток, чиято стойност човек няма да почувства.

Ние заключаваме: съпротивлението на диелектричния слой на всички части под напрежение спрямо контура на земята определя степента на безопасност на електрическата инсталация.

Поради тази причина всички такива съпротивления се нормализират и отчитат от одобрените таблици. За същата цел се нормализират не самите изолационни съпротивления, а токовете на утечка, които преминават през тях по време на изпитванията.

Стъпково напрежение

В електрическите инсталации по различни причини може да възникне авария, когато фазовият потенциал докосне директно контура на земята. Ако на въздушен електропровод един от проводниците се скъса под въздействието на различни видове механични натоварвания, тогава в този случай се появява подобна ситуация.

В този случай в точката на контакт на проводника със земята се образува ток, който създава зона на разпръскване около точката на контакт — област, на повърхността на която се появява електрически потенциал. Стойността му зависи от тока на затваряне Ic и специфичното състояние на почвата r.

Човек, който попадне в границите на тази зона, попада под влиянието на напрежението на стъпалото Ush, както е показано в лявата половина на картината. Площта на зоната на разпръскване е ограничена от контура, където няма потенциал.

Стойността на стъпковото напрежение се изчислява по формулата: Ush = Uz ∙ β1 ∙ β2.

Той отчита фазовото напрежение на мястото на разпространение на ток — Uz, което се определя от коефициентите на характеристиките на разпределение на напрежението β1 и влиянието на съпротивленията на обувките и краката β2. Стойностите β1 и β2 са публикувани в справочници.

Стойността на тока през тялото на жертвата се изчислява чрез израза: Ih =(Uз ∙ β1 ∙ β2)/Rh.

От дясната страна на фигурата, в позиция 2, жертвата осъществява контакт с потенциала за заземяване на проводника. Влияе се от потенциалната разлика между точката на контакт с ръката и контура на земята, която се изразява чрез напрежението на допир Upr.

В тази ситуация токът се изчислява чрез израза: Ih = (Uph.z. ∙α)/Rh

Стойностите на коефициента на разпръскване α могат да варират в рамките на 0 ÷ 1 и да вземат предвид характеристиките, които влияят на Upr.

В разглежданата ситуация се прилагат същите заключения, както при създаване на еднофазен контакт с жертвата при нормална работа на електрическата инсталация.

Ако човек се намира извън текущата зона на разпръскване, той е в безопасна зона.