Пояснения к работе.

 

Все случаи поражения человека электрическим током, т. е. прохождения тока через че­ловека, являются следствием его прикосновения не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми суще­ствует некоторое напряжение. Опасность такого прикоснове­ния, оцениваемая током, проходящим через тело человека I_h или напряжением прикосновения U_пр, зависит от ряда факторов:

- схемы включения человека в электрическую цепь;

- напряжения сети;

- схемы самой сети;

- режима ее нейтрали;

- степени изоляции токоведущих частей от земли;

- емкости токоведущих частей относительно земли и т. п.

Указанная опасность не однозначна: в од­них случаях включение человека в электрическую цепь будет сопровождаться прохождением через него малых токов и ока­жется неопасным, в других токи могут достигать больших зна­чений, способных вызвать смертельное поражение человека.

Определим зависимость опасности включения человека в электрическую цепь от перечисленных факторов. Эту зависимость необходимо знать при оценке сети по условиям техники безопасно­сти, выборе и расчете соответствующих мер защиты, в частно­сти заземления, зануления, защитного отключения, устройств контроля изоляции сети и т. п. При этом во всех случаях, кро­ме особо оговоренных, будем считать, что сопротивление осно­вания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр), а также со­противление его обуви незначительны и поэтому приняты равными нулю.

Данный анализ распространя­ется на сети всех напряжений, однако, большую практическую значимость он имеет для сетей до 1000 В.

Опасность поражения током зависит от номинального напряжения сети. Электрические сети бывают напряжением до 1000 В и выше 1000 В. В последних прикосновение человека даже к изолированному проводу очень опасно и может привести к смертельному исходу. Поэтому к таким сетям предъявляется особые требования, и к их обслуживанию допускается специально обученный электротехнический персонал.

В сетях напряжением до 1000 Вопасность поражения током различна и зависит от режима нейтрали, параметров сети, а также от условий эксплуатации оборудования.

Согласно действующим правилам устройства электроустановок (ПУЭ) применяют следующие схемы трехфазных электрических сетей переменного тока

а) трехпроводную с изолированной нейтралью (рис. 1, а);

б) четырехпроводную с заземленной нейтралью (рис. 1,6);

в) четырехпроводную с изолированной нейтралью (рис. 1.в);

г) четырехпроводной с за­земленной нейтралью

При напряжении до 1000 В в нашей стране применяют две из указанных схем сетей трехфазного тока – трехпроводную с изолированной нейтралью напря­жением 36, 42, 127, 220, 380 и 660 В и четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220 (наиболее распространенные в России) и 660/380 В. При этом в четырехпроводной сети заземление нейтрали источника тока (генера­тора, трансформатора) осуществляют соединением ее с заземлителем непосредственно либо через малое сопротивление (например, через трансформатор тока), и поэтому такую сеть принято называть сетью с глухозаземленной нейтралью.

Другие две из указанных схем сетей – трехпроводную с заземленной нейтралью и четырехпроводную с иэолированной нейтралью при напряжении до 1000 В, как правило, не приме­няют, потому что в трехпроводной сети с заземленной нейтралью в случае замыкания фазы на корпус, а в четырех проводной с изолиро­ванной нейтралью при замыкании фазы на землю невозможно обеспе­чить безопасность персоналу обычными способами (защитным зазе­млением, занулением). Такие схемы выполняют иногда лишь в специальных установках (передвижных, лабораторных и т. п.).

В данной лабораторной работе исследуется схемы 1, а) и б). Схема в)применяется преимущественно в передвижных электроустановках.

Рис.1 Однофазное прикосновение человека к токоведущим частям:

а) в тркхпроводной сети с изролированной нейтралью;

б) в четырехпроводной сети с зазаемленной нейтралью;

в) в четырехпроводной сети с изролированной нейтралью;

 

Статистика электротравматизма показывает, что до 85 % смертельного поражения людей электрическим током происходит в результате прикосновения пострадавших непосредственно к токоведущим частям (прямой контакт), находящимся под напряжением. Опасность поражения возникает всегда, когда электрическая цепь замыкается через тело человека.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть раз­личными. Наиболее характерны две схемы включения:

– между двумя фазами электрической сети, что со­ответствует двухфазному прикосновению;

– между одной фазой и землей, что со­ответствует однофаз­ному прикосновению.

Двухфазное прикосновение, как правило, более опасно,

I_h = U_л / R _h, А,

где U_л – линейное напряжение, В; U_л = U_ф√3

U_ф – фазное напря­жение,В,

R_h – сопротивление тела человека,Ом.

Поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, а ток, проходящий через человека, не зависит от схемы сети (режи­ма ее нейтрали) имеет наибольшее значение.

Случаи двухфазного прикосновения происходят ре­дко.

Они являются, как правило,

- результатом работы под на­пряжением в электроустановках до 1000 В – на щитах, сборках, воздушных линиях электропередачи (например, при замене сго­ревшего предохранителя на вводе в здание) и т.п.;

- применения неисправных индивидуальных электрозащитных средств – диэ­лектрических перчаток с проколами или разрывами резины, монтерского инструмента с поврежденной изоляцией рукояток и пр.;

- эксплуатации оборудования с неогражденными неизоли­рованными токоведущими частями (открытые рубильники, по­врежденные штепсельные розетки, провод с поврежденной изо­ляцией, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов и т. п.).

Однофазное прикосновение возникает во много раз чаще. Поэтому в лабораторной работе анализируются лишь случаи однофазного прикосновения. При этом принимаем, что тело человека обладает лишь активным сопротивлением R_h,.

При однофазном прикосновении предполагается электрическая связь между сетью и землей. Такая связь обусло­влена несовершенством изоляции проводов относительно зе­мли, наличием емкости между проводами и землей и заземлением нейтрали источника тока, питающего данную сеть.

Однофазное включение человека – прикосновение к одной фазе электроустановки. Такие же условия поражения возникают при прикосновении человека к металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, если эти части изолированы от земли или соединены с ней через большое сопротивление.

Существенное влияние на опасность поражения при однофазном включении оказывает режим нейтрали.

При однофазном включении в сети с изолированной нейтралью (рис. 1, а) цепь тока замыкается через человека, землю, активное сопротивление изоляции и емкости проводов других фаз относительно земли. Ток, проходящий через тело человека, при равенстве сопротивлений изоляции проводов Z₁ = Z₂ = Z₃ будет выражаться зависимостью

 

I_h = U /(R_h+Z/ 3) (3)

 

где R_h – сопротивление тела человека, Ом (в реальных условиях к нему может добавиться сопротивление обуви, пола, различных подставок, ковриков и т.п.);

U – фазное напряжение, В;

– комплексное, полное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом. . Модуль полного сопротивления изоляции .

Сопротивлением земли в этом случае пренебрегают, считая ее проводником.

Для сетей малой протяженности емкость фаз относительно земли невелика (С 0), и, если ею пренебречь, выражение (З) примет вид

 

I_h = U /(R_h + r /3),

 

где r – активное сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом.

Из приведенных выражений можно определить, при каком критическом значении сопротивление изоляции r_кр ток через тело человека достигает значения I_{h доп},предельно допустимого по критериям электробезопасности:

r_кр = (3 U – I_{h доп}· 3 R_h) /I_{h доп}.

Допустимым током задаются, исходя из тех пороговых значений тока, при которых появляется реальная опасность поражения. Так, в нормальных условиях, когда человеку не грозят никакие опасности, кроме опасности поражения электрическим током, оно возможно только при неотпускающем токе. Поэтому, при случайном прикосновении в нормальных условиях наибольший допустимый ток через человека равен пороговому неотпускающему току (I_hдоп = 10 мА).

При кратковременном воздействии ток через тело человека не должен превышать следующих значений:

Таблица 1

Время воздействия, с	1,0	0,7	0,5	0,2	0,1
Ток через тело человека, мА

 

Общее сопротивление изоляции сети r зависит от состояния ее изоляции и от количества присоединенных токоприемников. Согласно ПУЭ сопротивление изоляции каждого участка сети r_уч должно быть не менее 0,5 МОм на фазу, для электрических аппаратов и машин нормы другие. Поскольку присоединение каждого нового токоприемника уменьшает общее сопротивление изоляции сети, то практический интерес представляет определение количества токоприемников n,присоединение которых к сети уменьшает сопротивление ее изоляции до критического значения:

 

n = r_уч / r_кр.

 

Подавляющее большинство разветвленных сетей имеет значительную емкость (С > I мкФ на фазу), которая определяется чисто конструктивными ее параметрами (протяженностью сети, толщиной и качеством изоляции жил кабеля и т.д.). Поэтому однофазное включение в таких сетях будет опасным для людей даже при хорошем состоянии изоляции.

Для случая больших активных сопротивлений по сравнению с емкостными: (т.е. r → ∞, что может быть в кабельных сетях) выражение (3) будет иметь вид

; Y = 1 /Z; ;

,

где Х_с =1 /(w C) – емкостное сопротивление провода относительно земли;

w – угловая частота тока, w = 2 πf,

f – промышленная частота тока, Гц;

С – емкость провода относительно земли.

Например, при С =1мкФ имеем

В сети о глухозаземленной нейтралью при однофазном включении человека (рис. 1,6) образуется цепь тока:

фазный провод – человек – нейтраль трансформатора.

Для рассматриваемой электрической цепи ток, проходящий через человека, можно определить по формуле

 

I_h=U/(R_h+r_o),

где r_о - сопротивление заземления нейтрали.

Учитывая малое сопротивление заземления нейтрали (r_о 8 Ом), можно считать, что ток через человека определяется фазным напряжением и сопротивлением тела человека к не зависит от сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли:

 

I_h = 220/(1000 + 8) = 218,25 тА.

 

Сравнение двух сетей в нормальном режиме показывает, что опасность поражения током для человека в сети c изолированной нейтралью меньше и может быть еще уменьшена, с увеличением сопротивления изоляции и уменьшением емкости проводов относительно земли.