Занулення в електроустановках

Занулення – це навмисне з’єднання металевих неструмоведучих частин обладнання, які можуть опинитися під напругою, з багаторазово заземленим нульовим проводом.

Занулення (рисунок 3.9) використовують в трьохфазних чотирипровідних електричних мережах напругою до 1000 В із глухозаземленою нейтраллю трансформатора.

В трифазній чотирипровідній мережі з глухозаземленою нейтраллю у випадку дотику людини до корпусу електрообладнання, який знаходиться під напругою в результаті замикання на корпус (рисунок 3.6 б), виникає, практично, така сама мережа струму замикання на землю, як i у випадку, наведеному на рисунку 3.5 а, за величини струму, що проходить через людину, відповідно до (3.15).

За наявності занулення i замикання на корпус утворюється мережа струму: “фазний провід 1 – корпус обладнання – нульовий з’єднувальний провідник – нульовий провід паралельно з землею, який через кожні 200 м повторно заземлюється для забезпечення цілісності мережі струму, – фаза 1”. У цій мережі замикання на корпус електрообладнання перетворюється в однофазне коротке замикання між фазою і нульовим проводами.

Нульовий провід забезпечує необхідну для вимкнення електроустановки величину струму короткого замикання шляхом створення для цього струму ланцюга із малим опором.

Струм великої сили, який виникає при короткому замиканні, забезпечує швидке вимкнення мережі від мережі пошкодженого обладнання за рахунок перегорання запобіжників (зпп – запобіжники плавкі на рисунку 3.6) або спрацювання автоматичного вимикача, що й потрібно з огляду на електробезпеку.

Схема занулення (рисунок 3.9) містить такі елементи: нульовий провід живлячої мережі, заземлення нейтралі джерела живлення (робоче заземлення R_р) і повторне заземлення нульового проводу R_п. Нульовий провід в схемі занулення служить для перетворення замикання на корпус в однофазне коротке замикання, яке призводить до спрацювання пристрою максимального струмового захисту. Робоче і повторне заземлення дозволяє зменшити напругу корпус обладнання – земля при замиканнях, інакше корпус обладнання, що захищається потрапить під повну фазову напругу. Однак повторне заземлення нульового проводу зменшує, але не знімає небезпеки, що виникає при обриві нульового проводу.

Основним недоліком системи занулення є сповільнена дія вимикальних апаратів.

 

Рисунок 3.9 – Схема занулення електрообладнання

Переріз провідників занулення повинні вибиратися таким чином, щоб при замиканні на корпус виникав струм короткого замикання, що перевищує номінальний струм пристрою максимального струмового захисту:

Iкз Iном·К, (3.19) де К – коефіцієнт надійності, К = 3 – у разі захисту плавкими запобіжниками; К = 1,4 для автоматів до 100 А і К = 1,25 – для інших автоматів; К = 6 – у випадку захисту автоматами у вибухонебезпечних установках.

Розрахунок занулення складається з трьох частин: розрахунку на вимикальну спроможність; визначення максимальної напруги корпусу обладнання відносно землі при замиканні на корпус; а також розрахунку заземлення нейтралі трансформатора і повторного заземлення нульового проводу.

Вимоги щодо застосування занулення залежно від величини напруги і категорії приміщень за небезпекою електротравм аналогічні вимогам до застосування захисного заземлення. За величиною напруги мережі живлення застосування занулення обмежується напругою 1000 В.

Згідно з чинними нормативами можливі два варіанти реалізації занулення:

– заземлена через певні відстані (100...200 м) нейтраль мережі виконує функції нульового робочого i нульового захисного провідника одночасно;

– для занулення обладнання прокладається окремий провідник, який виконує функції тільки нульового захисного.

Другий варіант є обов'язковим для житлових, адміністративно-побутових приміщень, приміщень масового перебування людей та їм подібних, що будуються.

В цьому випадку в приміщеннях з однофазною мережею внутрішня мережа виконується 3-х провідною – фазовий провід, робочий нульовий i захисний нульовий проводи, а розетки для підключення переносних електроустановок – 3-х контактні. При відповідному виконанні штепсельних вилок i шнура живлення (трипровідний) контакт мережі нульового захисного провідника замикається з упередженням відносно контактів фази i нульового робочого провідника. Таким чином, електроустановка занулюється до подачі на неї напруги.

В приміщеннях з 3-х фазними споживачами електроенергії внутрішня мережа виконується 5-ти провідною – 3 фази, нуль робочий i нуль захисний.

Незалежно від розглянутих вapiaнтів при застосуванні в приміщенні окремого нульового захисного провідника останній відгалужується від нейтралі мережі на щитку вводу в приміщення до роз’єднувальних контактів, а для забезпечення його цілісності i надійності захисту в мережі цього провідника не повинно бути будь-яких роз’єднувачів, запобіжників тощо.

 

41. Фактори, які впливають на наслідки ураження людини електричним струмом

Фактори, які впливають на наслідок ураження електричним струмом

Тяжкість електротравми визначається впливом факторів:

— електричного характеру — величина напруги, сила струму, вид струму (постійний чи змінний), частота при змінному струмі;

— неелектричного характеру — тривалість дії електроструму;

— навколишнього середовища — температура, тиск, вологість повітря;

— шляху протікання струму через тіло людини.

У разі ураження людини електричним струмом основним уражуючим фактором є сила струму, що проходить через тіло людини. При цьому ступінь негативного впливу на організм людини збільшується із зростанням струму. За характером дії струм оцінюють так, як наведено в табл. 4.1.

Струм, мА Характер дії

Змінний струм Постійний струм

0,6—1,5 Початок відчуття, легке тремтіння пальців рук. Не відчувається.

2—3 Сильне тремтіння пальців рук. Не відчувається.

5—7 Судороги в руках. Свербіння. Відчуття нагріву.

8—10 Руки з зусиллям, але ще можна відірвати від електродів, сильний біль у пальцях і кистях рук. Підсилений нагрів.

20—25 Параліч рук, відірвати їх від електрода неможливо. Дуже сильний біль. Дихання затруднене. Надто сильний нагрів. Незначне скорочення м'язів рук.

50—80 Зупинка дихання. Початок фібриляції. Скорочення м'язів. Судороги, затруднене дихання.

На основі даних наведених в цій таблиці можна виокремити декілька характерних видів струму.

Відчутний струм — малий струм, який людина починає відчувати: в середньому близько 1,1 мА при змінному струмі частотою 50 Гц і близько 6 мА при постійному струмі. Ця дія обмежується при змінному струмі слабким свербежем і легким пощипуванням (поколюванням), а при постійному струмі — відчуттям нагріву шкіри на ділянці, що доторкується до струмовідних частин. Найменше значення відчутного струму називається пороговим відчутним струмом.

Невідпускаючий струм — струм, що викликає в разі проходження через тіло людини непереборні судорожні скорочення м'язів руки, в якій затиснутий провідник, а його найменше значення називається пороговим невідпускаючим струмом. При змінному струмі (50 Гц) величина цього струму перебуває в межах 20—25 А, При постійному струмі невідпускаючих струмів, власне кажучи, немає, оскільки при певних значеннях струму людина може самостійно розтиснути руку, в якій затиснутий провідник, і таким чином відірватися від струмовідної частини.

Однак в момент відриву виникають болісні скорочення м'язів, аналогічні за характером і больовим відчуттям тим, які спостерігаються при змінному струмі. Сила струму становить приблизно 50—80 мА.

Цей струм і прийнято умовно за поріг невідпускаючих струмів при постійній напрузі.

Фібриляційний струм. Змінний (50 Гц) струм 50 мА і більше, проходячи через тіло людини по шляху "рука — рука" або "рука — ноги", діє як подразник на м'язи серця, що розташовані глибоко в грудях. Це небезпечно для життя людини, оскільки через 1—З с з моменту замикання кола через людину може настати фібриляція або зупинка серця. При цьому припиняється кровообіг і, відповідно, в організмі виникає нестача кисню; це, в свою чергу, швидко призводить до припинення дихання, тобто наступає смерть.

Електричний струм, який викликає фібриляцію серця, називається фібриляційним струмом, а найменше його значення — пороговим фібриляційним струмом.

За частоти 50 Гц фібриляційними є струми в межах від 50 мА до 5 А, а середнє значення порогового фібриляційного струму — близько 100 мА. При постійному струмі середнім значенням порогового фібриляційного струму можна вважати 300 мА, а верхнім 5 А.

Струм понад 5 А, як постійний, так і змінний, викликає раптову зупинку серця, минаючи стан фібриляції. Водночас із зупинкою серця виникає і параліч дихання, причому після швидкого відключення струму дихання, як правило, самостійно не відновлюється.

Безпечним струмом можна вважати такий струм, який протягом тривалого часу (декілька годин) може проходити через людину, не завдаючи їй шкоди і не викликаючи ніяких відчуттів, і який набагато менший порогового відчутного струму. Точні значення безпечного струму не встановлені, але для практичних цілей його найбільше значення можна, певно, вважати рівним 50—75 мкА при змінному струмі промислової частоти (50 Гц) і 100—125 мкА — при постійному струмі.

Із порівняння значень порогових струмів, наведених у таблиці, можна зробити висновок, що постійний струм менш небезпечний (в 4—5 разів), ніж змінний. Але все це справедливо лише для відносно невисоких напруг — до 250—300 В. За більш високих напруг небезпека ураження постійним струмом зростає. Вважається, що за напруги 500 В їх дія вирівнюється, а в разі більш високих напруг постійний струм стає більш небезпечним, ніж змінний частотою 50 Гц.

Дія на людину змінного струму залежить від його частоти.

Через наявність в опорі тіла людини ємнісної складової збільшення частоти прикладеної напруги супроводжується зменшенням повного опору тіла і збільшенням струму, який проходить через людину, що, в свою чергу, підвищує небезпеку ураження. Здавалося б, що в разі збільшення частоти ця небезпека має підвищуватися, але насправді виявилося, що це припущення справедливе лише в діапазоні частот до 50 Гц. Подальше підвищення частоти, незважаючи на зростання струму, що проходить через тіло людини, супроводжується зниженням небезпеки ураження, яка зникає при частоті 450— 500 кГц. Правда, ці струми зберігають небезпеку опіків як у разі виникнення електричної дуги, так і в разі проходження їх безпосередньо через людину.

Електрична напруга також впливає на наслідок ураження людини, але лише тією мірою, в якій й величина визначає силу струму, що проходить через тіло людини. Із зростанням напруги, прикладеної до тіла людини, опір шкіри зменшується в десятки разів, відповідно зменшується і опір тіла в цілому; він наближається до опору внутрішніх органів тканин тіла, тобто до свого найменшого значення (300—500 Ом). Пробій рогового шару шкіри відбувається за напруги 50—200 В.

Аналіз нещасних випадків внаслідок дії електричного струму на людей показує, що тривалість проходження струму через організм істотно впливає на наслідок ураження: чим триваліша дія струму, тим більша вірогідність тяжкого або смертельного наслідку. Така залежність пояснюється тим, що із збільшенням часу дії електричного струму опір тіла зменшується, а сила струму істотно збільшується. Крім того, з часом виснажуються сили організму, що протистоять дії на нього електрики.

 

Наслідки дії струму на організм проявляються в порушенні функцій центральної нервової системи, зміною складу крові, місцевим руйнуванням тканин організму під впливом теплоти, яка виділяється, порушенням роботи серця, легень тощо.

Суттєвим для наслідків ураження є шлях проходження струму. Так, якщо на шляху струму опиняються життєво важливі органи — серце, легені, головний мозок, то небезпека ураження дуже висока, оскільки струм безпосередньо діє на ці органи.

Якщо ж струм проходить іншими шляхами, то його дія на життєво важливі органи може бути лише рефлекторною, а не безпосередньою. Можливих шляхів проходження струму в тілі людини дуже багато, але характерними, які частіше зустрічаються на практиці, є не більше як 15 петель. Найбільш поширені з них — "рука — рука", "права рука — ноги", "ліва рука — ноги". Найбільш небезпечними є петлі "голова — руки" та "голова — ноги", коли струм може проходити через головний і спинний мозок. Але ці петлі на практиці виникають відносно рідко. Наступний по небезпеці шлях — "права рука — ноги", який по частоті утворення займає друге місце. Найменш небезпечний шлях — "нога — нога", який виникає під час дії на людину так званої напруги кроку. Напруга кроку навіть відносно невеликих значень (50—80 В) викликає мимовільні судорожні скорочення м'язів ніг і як наслідок — падіння людини на землю. В цей момент припиняється вплив на людину напруги кроку і виникає більш тяжка ситуація: замість нижньої петлі в тілі людини утворюється новий більш небезпечний шлях, як правило, від рук до ніг. Оскільки в такому положенні людина доторкається одночасно точок землі, віддалених одна від одної на відстань, що перевищує довжину кроку, напруга, що діє на неї, як правило, більша за напругу кроку. Як результат, створюється загроза смертельного ураження.

Тяжкість електротравми залежить також від температури, вологості і тиску повітря. Зі збільшенням температури і вологості зменшується загальний опір тіла людини, зі збільшенням атмосферного тиску небезпека ураження зменшується.

Не менше значення має фізичний стан людини. Для практичних розрахунків з електробезпеки береться опір тіла людини 1000 Ом. Але ця величина не постійна для кожної людини і залежить від її психофізичного стану. Опір цілком здорових і фізично міцних людей в багато разів перевищує розрахункове значення.

42. Класифікація приміщень за небезпекою ураження електрострумом.