Однофазне вімкнення людини в електричну мережу

Однофазне ввімкнення людини в електричну мережу - це випадкове доторкання до струмопровідних частин, що перебувають під напругою, і викликане цим протікання струму через тіло людини з точки дотику до точки виходу (інша точка дотику - земля, струмопровідні матеріали). Розглянемо вплив електричного струму на організм людини. Проходячи крізь тіло людини, електричний струм чинить на нього складний вплив:

- термічний - нагрівання тканини живого організму;

- біологічний - подразнення і збудження нервових волокон та інших тканин організму;

- електролітичний - розпад крові і плазми.

Людина починає відчувати змінний струм промислової частоти (50 Гц) приблизно з 1 мА (пороговий відчутний струм). При струмі 10... 15 мА виникає судорожне скорочення м'язів, яке весь час підсилюється, і людина не може звільнитися від контакту зі струмопровідною частиною (пороговийневідпускаючий струм). При 50 мА порушується дихання, а струм 100 мА призводить до фібриляції серцевих м'язів (табл. 14). Найнебезпечнішою є частота струму для людини - 50 Гц. Найнебезпечнішим є шлях струму: рука - ноги, рука - рука, особливо при проходженні струму через мозок, серце, легені.

Опір тіла людини залежить від стану нервової системи людини, її фізичного розвитку. З віком різко знижується опір організму людини та ймовірнішим стає ураження найважливіших органів: легенів, серця, головного мозку. Найбільш небезпечним є змінний струм частотою 20 - 1000 Гц. Змінний струм небезпечніший постійного, але це характерно для напруги до 250 - 300 В.

При однофазному доторканні в мережі з глухозаземленоюнейтраллю (рис. 3.14, а) через тіло людини проходить менший струм, оскільки напруга, під якою опинилась людина не перевищує фазної, що у разів є меншою ніж лінійна напруга мережі. Окрім того, загальний опір електричного кола може складатися не лише з опору тіла людини , та опору заземлення нейтралі а й з опору підлоги (основи) , на якій стоїть людина та опору її взуття . В загальному випадку визначається за формулою:

(3.9)

Розглянемо випадок, коли людина доторкається до однієї їз фаз трифазної мережі напругою 380 В ( ) із глухозаземленоюнейтраллю (приймаємо Ro=0), однак стоїть на неструмопровідній дерев'яній підлозі, що має опір = 60 000 Ом у сухому взутті на гумовій підошві ( = 50 000 Ом), тоді струм, що може пройти через тіло людини буде дорівнювати:

Струм такої сили абсолютно безпечний для життя людини, оскільки він менший за пороговийневідпускаючий струм.

Якщо ж людина стоїть на землі чи струмопровідній підлозі ( = 0) у промоченому взутті ( = 0), то становить:

Таке значення сили струму є смертельно небезпечним для людини.

При однофазному доторканні у трифазній мережі з ізольованою нейтраллю (рис. 3.14, б) струм, що пройде через тіло людини буде меншим ніж при аналогічному доторканні у мережі з глухозаземленоюнейтраллю. Це пов'язано з тим, що до загального опору електричного кола ще додається опір ізоляції та ємності фаз. У такій мережі напругою до 1000 В коли значення опору ізоляції всіх трьох фаз рівні , а ємнісним опором можна знехтувати , то струм, що проходить через людину, дорівнює:

Рис. 3.14. Схема однофазного доторкання при нормальному режимі роботи: а — у трифазній мережі з глухозаземленоюнейтраллю; б — у трифазній мережі

з ізольованою нейтраллю

Необхідно зауважити, що вищенаведені міркування стосуються нормальної роботи електромережі. При аварійних режимах електромережі (замиканні на корпус або на землю) умови змінюються. Наприклад, якщо одна із фаз замикається на землю (рис. 3.15), то струм, який пройде через тіло людини у випадку її доторкання до справної фази можна виразити такою залежністю:

(3.13)

Як правило, опір короткого замикання досить малий і ним можна знехтувати тоді

Фази несправної електромережі

Таким чином, проаналізувавши розглянуті умови ураження людини струмом можна зробити наступні висновки:

· найменш небезпечним є однофазне доторкання до проводу справної мережі з ізольованою нейтраллю;

· при замиканні однієї із фаз на землю (несправна мережа) небезпека однофазного доторкання до справної фази у такій мережі більша ніж у справній мережі при будь-якому режимі нейтралі;

· при однофазному доторканні у мережі з глухозаземленоюнейтраллю наслідки ураження істотно залежать від опору основи (підлоги), на якій стоїть людина та опору її взуття;

· найнебезпечнішим є двофазне доторкання при будь-яких режимах нейтралі;

· у мережах напругою понад 1000 В небезпека однофазного чи двофазного доторкання практично однакова, при цьому є висока імовірність смертельного ураження.

 

Захисне заземлення.

Захисне заземленнязастосовують у мережах з напругою до 1000В з ізольованою нейтраллю та в мережах напругою вище 1000 В з будь-яким режимом нейтралі джерела живлення.

Захисне заземлення — це навмисне електричне з'єднання із землею або з її еквівалентом металевих нормально неструмопровідних частин, які можуть опинитися під напругою. Призначення захисного заземлення полягає в тому, щоб у випадку появи напруги на металевих конструктивних частинах електроустаткування (наприклад, внаслідок замикання на корпус при пошкодженні ізоляції) забезпечити захист людини від ураження електричним струмом при її доторканні до таких частин. Це досягається шляхом зниження до безпечних значень напруг доторкання та кроку.

Рис. 3.23. Схема електричної мережі до (а) та після (б) поділу: Н — навантаження; РТ — роздільний трансформатор; ВН — мережа високої напруги;

НН — мережа низької напруги

Якщо корпус устаткування є незаземленим і відбулося замикання на нього однієї із фаз, то доторкання людини до такого корпуса рівнозначно доторканню до фази. Якщо ж корпус електрично з'єднаний із землею (рис. 3.24, а), то він опиниться під напругою замикання , а людина, яка доторкається до такого корпуса, згідно з формулою 3.21 потрапляє під напругу доторкання . Струм, який пройде через людину, в такому випадку визначається із рівняння:

(3.26)

звідки видно, що чим меншими є значення та , тим менший струм пройде через тіло людини, яка стоїть на землі і доторкається до корпуса устаткування. Таким чином, захист від ураження струмом забезпечується шляхом приєднання корпуса до заземлювача, який має малий опір заземлення та малий коефіцієнт напруги доторкання .

Із еквівалентної електричної схеми (рис. 3.24, б) видно, що людина доторкаючись до заземленого корпуса, який опинився під напругою під'єднується до електричного кола однофазного струму паралельно опору заземлення . Оскільки опір заземлення малий, то основна частина струму замикання на землю пройде саме через нього, а через людину пройде малий (безпечний) струм. У цьому і полягає суть захисного заземлення. Причому струм, що пройде через людину зменшиться у стільки разів, у скільки опір людини більший за опір заземлення. Якщо прийняти, що опір людини , а опір заземлення , то струм, який пройде через людину, що доторкнулася до заземленого корпуса, котрий опинився під напругою. буде в 250 разів менший ніж у випадку, коли таке захисне заземлення відсутнє.

а — схема доторкання людини до заземленого корпуса, який опинився під напругою; б — еквівалентна електрична схема

Заземлювальним пристроєм називають сукупність конструктивно об'єднаних заземлювальних провідників та заземлювача. Заземлювач — провідник або сукупність електрично з'єднаних провідників, які перебувають у контакті із землею або її еквівалентом. Заземлювачі бувають природні та штучні. Як природні заземлювачі використовують електропровідні частини будівельних і виробничих конструкцій, а також комунікацій, які мають надійний контакт із землею (водогінні та каналізаційні трубопроводи, фундаменти будівель і т. п.). Для штучних заземлювачів використовують сталеві труби діаметром 35—50 мм (товщина стінок не менше 3,5 мм) та кутники (40x40 та 60x60 мм) довжиною 2,5—3,0 м, а також сталеві прути діаметром не менше ніж 10 мм та довжиною до 10 м. В більшості випадків штучні вертикальні заземлювачі знаходяться у землі на глибині h = 0,5—0,8 м (рис. 3.25). Вертикальні заземлювачі з'єднують між собою штабою з поперечним перерізом не менше ніж 4x12 мм або прутком з діаметром не менше ніж 6 мм за допомогою зварювання. Приєднання заземлювального провідника до корпуса устаткування здійснюється зваркою або болтами. Об'єкти, що підлягають заземленню приєднуються до магістралі заземлення виключно паралельно за допомогою окремого провідника (рис. 3.26, а,6).

Залежно від розташування заземлювачів стосовно устаткування, що підлягає заземленню, розрізняють виносне (зосереджене) та контурне (розподілене) заземлення. Перевага виносного заземлення (рис. 3.26, а) полягає в тому, що можна вибрати місце розташування заземлювачів з найменшим опором ґрунту (землі). Заземлювачі контурного заземлення (рис. 3.26, б) розташовують безпосередньо біля периметра (контуру) дільниці, на якій знаходиться заземлюване устаткування. Це дозволяє вирівняти потенціали всередині контуру, а відтак — знизити напругу доторкання та кроку. Тому більш ефективним з точки зору електробезпеки є контурне заземлення.

Схема розташування заземлювачів.

1 — заземлювачі;

2 - заземлювальний провідник

Опір захисного заземлення в електроуста­новках напругою до 1000 В і потужністю понад 100 кВА не повинен перевищувати 4 Ом. Ця норма обумовлена величиною напруги, яка виникає між корпусом заземленого устаткування та землею у випадку пробою ізоляції, при якій струм, що проходить через людину, якщо вона доторкається до устаткування, є безпечним. Такою напругою замикання прийнято вважати напругу до 42 В, а оскільки найбільший можливий струм замикання на землю в електроустановках до 1000 В становить 10 А, то максимально допустимий опір заземлення дорівнює

 

Рис. 3.26. Виносне (а) та контурне (б) заземлення: / — заземлювачі; 2 — заземлювальні провідники; 3 — устаткування

Відповідно до Правил улаштування електроустановок (ПУЕ) захисне заземлення належить виконувати: при напрузі змінного струму 380 В і вище та 440 В і вище для постійного струму — у всіх електроустановках; при номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110 Б — лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках; при будь-якій напрузі змінного та постійного струму — у вибухонебезпечних установках.

В процесі експлуатації електроустановок можливе порушення цілісності заземлювальних провідників та підвищення опору заземлення вище норми. Тому ПУЕ передбачено проведення візуального контролю (огляду) цілісності заземлювальних провідників та вимірювання опору заземлення. Такі вимірювання проводять, як правило, при найменшій провідності ґрунту: літом — при найбільшому висиханні чи зимою — при найбільшому промерзанні ґрунту. Вимірювання опору заземлення належить проводити після монтажу електроустановки, після її ремонту чи реконструкції, а також не рідше одного разу на рік.