Классификация электроприемников по надежности обеспечения электроснабжения

Режим работы электрической энергии и электростанций полностью зависит от режима потребления электроэнергии. Основными характеристиками каждого потребителя с точки зрения электроснабжения являются:

• суммарная мощность установленных электропотребителей;

• режим работы электроустановки;

• требования к бесперебойности.

Все потребители электрической энергии по степени надежности электроснабжения подразделяют на три категории (и. 1.2.18–1.2.20 Правил устройства электроустановок (далее – ПУЭ ^[1]):

1. Электроприемники, нарушение электроснабжения которых может нарушить работу особо важных объектов, повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение оборудования, значительный ущерб народному хозяйству.

2. Электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с нарушением нормальной деятельности промышленных предприятий, нарушением нормальной деятельности значительного количества населения.

3. Все остальные электроприемники, которые не подходят под определение первой и второй категорий.

Для потребителей первой категории перерыв в электроснабжении может быть допущен лишь на время автоматического ввода резерва.

Для потребителей второй категории допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом.

Для потребителей третьей категории допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для ремонта или замены поврежденного участка сети, но не более одних суток.

Кроме указанных трех категорий систем электроснабжения, имеются также системы гарантированного питания, обеспечивающие бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией.

Электроприемники первой и второй категорий обеспечиваются электроэнергией от двух независимых источников питания. В качестве первого источника питания используется внешняя система электроснабжения (государственные сети, энергопоезда). В качестве второго используются дизельные электростанции и аккумуляторные батареи.

Удобство эксплуатации систем электроснабжения достигается применением аппаратуры и приборов, позволяющих легко производить переключения, контролировать работу электроустановок и обеспечивать защиту от ненормальных режимов.

Условия поражения человека электрическим током

Проходя через тело человека, электрический ток может вызвать ожоги кожных покровов, покраснение и отвердение участков кожи размером до 5 мм в местах контакта с источником тока (электрические метки). Токи бо́льших величин приводят к серьезным нарушениям функционирования различных систем и органов, могут вызвать электрический удар с прекращением деятельности сердца и легких.

Главный поражающий фактор – сила тока. Человек начинает ощущать проходящий через него ток частотой 50 Гц весьма малых значений 0,5-1,5 мА (в виде слабого пощипывания кожи). При величине тока 2–3 мА происходит сильное дрожание пальцев рук; при 5–7 мА возникают судороги и болевые ощущения в руках; при 20–25 мА наступает паралич рук, в результате чего оторвать сжатые кисти от источника тока самостоятельно невозможно; при 50–80 мА наступают остановка дыхания, фибрилляция сердца (хаотическое сокращение волокон сердечной мышцы – фибрилл). Ток 90–100 мА приводит к остановке дыхания, а при действии более 3 с – к остановке сердца. Ток более 5 А вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.

Величина тока зависит от напряжения, приложенного к человек}', и сопротивления тела. Чем выше напряжение и меньше сопротивление, тем больше ток. В расчетах сопротивление тела принимают равным 1000 Ом. В действительности оно колеблется от 300 до 100 000 Ом и зависит в первую очередь от состояния кожи, ее влажности, чистоты, наличия кожных заболеваний, порезов, площади контакта с источником тока, а также от величины приложенного напряжения.

Наибольшим сопротивлением обладает верхний роговой слой кожи толщиной 0,05–0,2 мм. При его удалении сопротивление тела падает до 1–5 кОм, а при удалении всего наружного слоя кожи (эпидермиса) – до 500–700 Ом. Сопротивление подкожных тканей тела невелико – 300– 500 Ом.

С увеличением длительности воздействия тока растет вероятность получения тяжелой или смертельной травмы. В первую очередь это связано с накоплением функциональных изменений в организме. Наиболее опасная продолжительность действия тока – 1,0 с и более, т.е. не менее периода сердечного цикла (кардиоцикла), равного для большинства людей 0,75–1,0 с.

Существенно влияет на тяжесть поражения путь прохождения тока по телу человека. Наиболее опасными являются пути через жизненно важные органы – сердце, легкие, головной мозг (голова – руки; голова – ноги; рука – рука; руки – ноги). Ток, проходящий по пути нога – нога, часто возникающий при шаговом напряжении, напрямую не воздействует на сердце и легкие, но влияет на них рефлекторно и при определенной силе и длительности способен привести к тяжелому и смертельному исходу.

Действие тока возникает, когда человек прикасается не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение (напряжение прикосновения). Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть различными. Чаще других возникает однофазное или двухфазное прикосновение. При однофазном прикосновении (рис. 23.1, б, в) человек, стоящий на земле, одной рукой касается токоведущей части. Ток проходит по замкнутой петле: фазный провод – рука – нога – земля – заземляющее устройство нейтрали трансформатора подстанции – фазная обмотка трансформатора – фазный провод. При двухфазном (рис. 23.1, а) – человек касается двумя руками проводов различных фаз. При этом ток проходит по замкнутой петле: фазный провод – рука – другая рука – другой фазный провод – обмотка трансформатора этого фазного провода – обмотка другого фазного провода – первый фазный провод.

Если человек одной рукой касается токоведущей части под напряжением (рис. 23.1, г) и при этом он надежно изолирован от земли (например, стоит на резиновом диэлектрическом коврике в диэлектрических ботах), то описанная выше токовая петля будет разорвана и человек не подвергнется действию электрического тока. Так, по причине отсутствия цепи (петли) замыкания птицы, сидящие на проводах, также не страдают от опасного воздействия электрического тока.

При однофазном прикосновении ток (А), проходящий через тело человека, может быть с достаточной для практики точностью определен по формуле

I=Uф/(Rч + Rоб + Rп + Rо), (23.1)

где Uф – фазное напряжение, В; R4 – сопротивление тела человека, Ом (Rч = 1000 Ом); Rоб – сопротивление обуви, Ом; Rn – сопротивление пола, Ом; Rо – сопротивление глухозаземленной нейтрали трансформатора, Ом.

Из приведенной формулы следует, что чем больше напряжение прикосновения (напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного) и чем меньше сопротивление участков цепи замыкания, тем выше ток, проходящий через тело человека. Если принять t/ф = 220 В, Rоб= 0, Rn = 0 (при хорошем контакте человека с землей) и Rо = 10 Ом, то сила проходящего через тело человека тока будет равна 0,218 А (218 мЛ), что значительно превышает смертельную (90–100 мА).

Если принять, что человек стоит на сухом деревянном полу (Rn = 105 Ом) в резиновой обуви (Roб = 45 • 103 Ом), то сила тока будет равна 0,0015 А (1,5 мА). Такой ток неопасен.

При двухфазном включении человека в цепь напряжение

прикосновения в !!!л/з больше, чем при однофазном. Сопротивление пола, обуви в этом случае не влияет на ток, а его значение определяют из выражения

При (Uф = 220 В и Rx = 1000 Ом сила тока, проходящего через человека, составит 0,38 А (380 мА), что значительно больше, чем при однофазном включении. Следовательно, двухфазное включение человека в электрическую цепь наиболее опасно.

Рис. 23.1. Схемы включения человека в электрическую цепь:

а – двухфазное; бив – однофазное; г – включения в цепь не происходит; 1 – нейтраль источника тока; 2 – заземлитель нейтрали; 3 – электроустановка; 4 – диэлектрические боты; 5 – диэлектрический коврик; L1; L2; L3 – фазные провода; N – нулевой провод. Нулевой защитный проводник (РЕ), который в такой сети должен быть ниже нулевого проводника N, условно не показан

(23.2)

В случае обрыва электрического провода, пробоя изоляции на заземленный корпус машины и другой прямой утечки электроэнергии в землю (например, от молниеотвода) человек может оказаться в зоне растекания тока по земле под шаговым напряжением (разновидность напряжения прикосновения). Характер растекания тока по земле от точки касания электрического проводника показан на рис. 23.2. В зоне контакта электрического проводника с землей потенциал земли наибольший и равен потенциалу проводника, а на расстоянии 20 м он уже практически равен нулю. При нахождении человека в зоне растекания тока его ноги могут оказаться разноудаленными от зоны контакта и находиться в точках с разными потенциалами. Разность этих потенциалов и создает шаговое напряжение. Оно максимально вблизи зоны контакта (точка а) и убывает при удалении от него (точка б). На расстоянии 20 м и более (точка в) шаговое напряжение практически равно нулю. С увеличением ширины шага оно возрастает, поэтому выходить из зоны шагового напряжения надо очень короткими шагами, не отрывая ступни друг от друга. На расстоянии менее 8 м от точки контакта величина шагового напряжения уже становится весьма опасной. 1

Рис. 23.2. Схема образования шагового напряжения:

1 – кривая распределения потенциала земли; 2 – опора ЛЭП