Электроопасность на производстве (стр. 2 из 3)

Рис. 1. Опасность трехфазных электрических цепей с изолированной нейтралью

В случае коротких электрических сетей (при малых емкостях фазных проводов относительно земли С=0) выражение для тока через человека запишется так:

.

В кабельных сетях сопротивления утечки большие (

), а емкости значительны. Тогда:

.

При двухфазном прикосновении (рис.3.13,6) человек попадает под линейное напряжение и ток через человека определяется выражением:

,

где

- линейное напряжение сети: .

В аварийном режиме работы сети при наличии замыкания на одной из фаз на землю (рис.3.13, в) ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к исправной фазе, выразится зависимостью:

.

Если переходным сопротивлением & в месте замыкания на землю можно пренебречь по сравнению с сопротивлением цепи человека, ток через человека

где

.

Таким образом, при прикосновении к одному фазному проводу сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме ток через человека зависит от сопротивления утечки и емкости сети относительно земли. Замыкание одной из фаз на землю резко повышает опасность однофазного прикосновения, так как в этом случае человек попадает под напряжение, близкое к линейному. Наиболее опасным является двухфазное прикосновение.

Опасность трехфазных электрических сетей с заземленной нейтралью. Трехфазные сети с заземленной нейтралью обладают малым сопротивлением между нейтралью и землей (практически оно равно сопротивлению рабочего заземления нулевой точки трансформатора или генератора) (рис.2). Напряжение любой фазы исправной сети, относительно земли равно фазному напряжению, и ток через человека. прикоснувшегося к одной из фаз (рис.2, а), определится выражением:

,

где

- сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Пренебрегая сопротивлением рабочего заземления нейтрали (

Ом) по сравнению с сопротивлением цепи человека, можно записать:

При двухфазном прикосновении (рис.2,6) человек попадает поя линейное напряжение как в сетях с изолированной нейтралью и ток через человека

В аварийном режиме (рис.2, в), когда одна из фаз сети замкнута на землю, происходит перераспределение напряжения и напряжения исправных фаз по отношению к земле отличны от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение

, которое больше фазного, но меньше линейного, и ток, проходящий через человека,

.

Рис. 2. Опасность трехфазных электрических цепей с заземленной нейтралью

Таким образом, прикосновение к исправной фазе при замыкании другой фазы на землю опаснее, чем прикосновение в фазе в нормальном режиме работы трехфазной сети с заземленной нейтралью, а наиболее опасно двухфазное прикосновение.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трехфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1) наименее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;

2) при замыкании одной из фаз на землю опасность однофазного прикосновения к исправной фазе больше, чем в исправной сети при любом режиме нейтрали;

3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме нейтрали.

Режим нейтрали трехфазной сети выбирается по технологическим требованиям и по условиям безопасности. Согласно ПУЭ, при напряжении выше 1000 В применяются две схемы: трехпроводные сети с изолированной нейтралью и трехпроводные сети с эффективно заземленной нейтралью, а при напряжении до 1000 В применяются трехпроводные сети с изолированной нейтралью и четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью.

Опасность сетей однофазного тока. Однофазные сети могут быть изолированными от земли, иметь заземленный полюс или среднюю точку (рис.3).

При однополюсном прикосновении к проводу изолированной сети человек оказывается "подключенным" к другому проводу через сопротивление утечки (рис.3, а). Так как однофазные сети переменного тока имеют небольшую протяженность, емкостью проводов относительно земли можно пренебречь, а для сетей постоянного тока емкость не увеличивается, так как ток утечки через емкость равен нулю. Для упрощения выводов условимся, что сопротивления утечки обоих проводов одинаковы, т.е.

.

Выражение для тока, протекающего через человека, полученное из эквивалентной схемы (рис.3, б), имеет вид:

.

Прикосновение человека к незаземленному проводу сети с заземленным полюсом (рис.3, в) вызывает протекание тока

,

а так как

, то можно записать, что

Прикосновение к исправному проводу при замыкании другого j провода на землю (рис.3, г) вызывает ток через человека:

При прикосновении к одному из проводов сети с заземленной средней точкой (рис.3, д) человек попадает под напряжение, равное половине напряжения сети:

где

- сопротивление замыкания.

В случае прикосновения к двум проводам сети (рис.3, е) человек попадает под напряжение сети и выражение для тока будет:

Анализируя эти выражения для токов, проходящих через человека при различных случаях прикосновения к однофазным сетям постоянного тока, можно сделать вывод, что наиболее опасно двухполюсное прикосновение при любом режиме сети относительно земли (изолированной, с заземленным полюсом или средней точкой), так как в этом случае ток, протекающий через человека, определяется только сопротивлением его тела. Наименее опасно однополюсное прикосновение к проводу изолированной сети в нормальном режиме работы.

Рис. 3. Опасность сетей однофазного тока:

а - схема прикосновения к проводу изолированной сети; б - эквивалентная схема; в - схема прикосновения к незаземленному проводу сети с заземленным полюсом; г - схема прикосновения к проводу неисправной сети; д - схема прикосновения к проводу сети с заземленной средней точкой; е - схема прикосновения к двум проводам сети

Рис. 4. Растекание тока в грунте (а); напряжение прикосновения (б) и напряжение шага (в)

Растекание тока в грунте. Схема растекания тока в фунте представлена на рис.4, а. Замыкание тока происходит при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам. Растекание тока замыкания в фунте определяет характер распределения потенциалов на поверхности земли. Для упрощения анализа сделаем допущения, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусферической формы (рис.4, а), что грунт однородный и изотропный и что удельное сопротивление грунта r во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлителя. Тогда плотность тока в точке А на расстоянии х выразится зависимостью:

,

где

- ток, стекающий с заземлителя в грунт; - площадь поверхности полусферы радиусом х.

Падение напряжения в элементарном слое фунта толщиной dx выразится через напряженность поля Е и толщину этого слоя: