Защитное отключение электроустановок

 

Длительное действие большого тока сопровождается не только остановкой сердца и прекращением дыхания, но и обширными и глубокими ожогами тела, разрушением внутренней структуры тканей организма и другими тяжелыми повреждениями отдельных органов, в том числе и сердца, которые сами по себе могут привести к гибели организма.

Длительность прохождения тока через человека оказывает существенное влияние на исход поражения: чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного поражения. Это объясняется тем, что с увеличением времени воздействия тока на живую ткань этот ток увеличивается за счет уменьшения сопротивления тела, накапливаются последствия прохождения тока через организм и повышается вероятность совпадения момента прохождения тока через сердце с уязвимой для него фазой сердечного цикла- кардиоцикл, то есть когда заканчивается сокращение желудочков и они переходят в расслабленное состояние, а продолжительность этого цикла составляет около 0,2 с. Если же время воздействия тока меньше продолжительности кардиоцикла на 0,2 с., то вероятность совпадения момента прохождения тока с фазой кардиоцикла уменьшается, а, следовательно, и опасность резко уменьшается.

Влияние длительности прохождения тока через человека Jh(mA) на исход поражения можно оценить следующей эмпирической формулой, соответствующей требованиям «Временных норм допустимых напряжений прикосновения и токов через тело человека»:

                            , где t- продолжительность прохождения тока, (с).

Эта формула действительна в пределах времени 0,1…1,0 с. Она позволяет определить предельно допустимые токи, проходящие через человека по пути рука-ноги, необходимые при расчетах значения устройств от поражения током- защитных заземлений,  занулений, защитных отключений в электроустройствах переменного тока (50 Гц.) и напряжением до 1000 В. как с изолированной, так и заземленной нейтралью и выше 1000 В.    до 35 кВ. включительно с изолированной нейтралью.

Путь тока в теле человека играет существенную роль в исходе поражения. Если на пути тока оказываются жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг, то опасность поражения весьма велика, ибо ток непосредственно воздействует на эти органы. А если ток проходит иными путями, то действие его на жизненно важные органы может быть лишь рефлекторным, то есть через центральную нервную систему, благодаря чему вероятность тяжелого исхода уменьшается. Путь тока зависит от того, каким участками тела коснулся человек токопроводящих частей, ибо сопротивление току на различных участках тела различно.

Путей тока в теле человека, именуемых петлями тока, очень много, однако более часто встречаются следующие 4 петли: правая рука-ноги, левая рука-ноги, рука-рука, нога-нога.

 

Характеристика путей тока в теле человека

Путь тока	Частота возникновения данного пути тока, %	Доля потерявших сознание во время воздействия тока, %
Рука- рука	40	83
Правая рука- ноги	20	87
Левая рука- ноги	17	80
Нога- нога	6	15
Голова- ноги	5	88
Голова- руки	4	92
Прочие	8	65
Всего	100	78,2

В таблицу включены случаи, потребовавшие клинического лечения поступивших.

Как видно из этой таблицы- наиболее опасными являются петли: голова-руки, голова-ноги, когда доля потерявших сознание во время воздействия тока составляет соответственно 92% и 88%. Опасность этих случаев усугубляется тем, что ток может проходить через головной и спинной мозг.

 

 

 

Род и частота тока, проходящего через человека.

 Постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного с частотой 50 Гц. – это вытекает из сопоставления пороговых токов и по предельно выдерживаемых напряжениях: человек, удерживая цилиндрические электроды в руках, в состоянии выдержать (по болевым ощущениям) приложенное к нему напряжение не более 21-22 В. при частоте 50Гц и не более 100-105 В. постоянного тока. Проходя через тело человека, постоянный ток вызывает слабые сокращения мышц и менее неприятные ощущения, обычно это ощущение нагрева кожи при малых токах или внутреннего нагрева при больших токах . Лишь в момент замыкания и размыкания цепи тока через человека он испытывает кратковременное болезненное ощущение вследствие внезапного судорожного сокращения мышц. Все это справедливо лишь при невысоких напряжениях до 250-300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен.

Переменный ток. С увеличением частоты переменного тока, проходящего через человека, полное сопротивление тела человека Zh уменьшается, а значит, при этом происходит увеличение тока через человека, это только при частоте до 50-60 Гц. Это явление исчезает уже при частоте тока 450-500 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов как в случае возникновения дуги, так и в случае прохождения их непосредственно через человека.

Индивидуальные свойства человека.

Физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары, нежели больные и слабые. Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие заболеваниями кожи, сердечно- сосудистой системы, органов внутренней секреции, легкиих, нервными болезнями и др.

2.4 Условия и основные причины  поражения током.

Поражения током человека возможно лишь при замыкании электрической цепи через тело человека, то есть при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого прикосновения рассчитывается как значение тока, проходящего через тело человека, так и напряжение прикосновения, и все это зависит от факторов: схемы замыкания цепи тока через тело человека, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей относительно земли.

Типичными являются два случая замыкания цепи тока через тело человека: когда человек касается одновременно двух проводов (двухфазное прикосновение) и когда он касается лишь одного провода (однофазное прикосновение) при наличии электрической связи между сетью и землей.

 

 

Двухфазное прикосновение.

 

Двухфазное прикосновение более опасно, ибо к телу человека прикладывается наибольшее – линейное напряжение и поэтому через тело человека пройдет большой ток:

Jh= ,

Где Uл= Uф=1.73 Uф – линейное напряжение, напряжение между фазными проводами сети переменного тока, В.

        Uф –фазное напряжение сети, то есть напряжение между началом и концом одной оболочки, или между фазным и нулевым проводами, В.

Если взять сеть, переменного трехфазного тока, равной 380/220 В, то есть линейное напряжение Uл=380 В, а фазное напряжение – Ua=220 В, при сопротивлении человека Rn=1000 Ом, то при двухфазном прикосновении через тело человека пройдет ток:

Jh= 0.38 А=380 мА.

Этот ток для человека является смертельным.

 

Однофазное прикосновение.

Такое прикосновение происходит чаще чем при двухфазном, но является по сравнению с ним менее опасным, ибо человек попадает почти всегда под фазное напряжение, но оно меньше линейного в 1,73 раза, а значит, и ток будет меньше проходить через тело человека. На этот ток большое влияние режим – нейтрали источника тока, сопротивление изоляции проводов сети относительно земли, сопротивление тела (или основания), на котором стоит человек, сопротивление обуви и т.д.

Рис. 3. Сеть с заземленной нейтралью.

 

Рассмотрим случай, когда человек прикоснулся к одной фазе в трехфазной сети с заземленной нейтралью, то цепь тока, проводящего через тело человека, включают в себя: сопротивление тела человека Rh, сопротивление обуви Rоб, сопротивление пола (или основания) RП, на котором стоит человек и сопротивление заземления нейтрали Ro источника тока (генератора или трансформатора). Причем все эти сопротивления включены также последовательно. Таким образом, ток, проходящий через тело человека, определяется:

Jh= ,

Где  Uф- фазное напряжение сети, В.

        Rh – сопротивление тела человека, Ом;

        Rоб – сопротивление обуви человека, Ом;

        Rn – сопротивление пола (основание на котором стоит человек), Ом;

        Rо – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.

А если человек имеет на ногах обувь – сырую или подбитую металлическими гвоздями и стоят непосредственно на сырой земле или на проводящем основании (на металлическом полу, на заземленной металлической конструкции), то есть если Rоб = 0 и Rn=0, то уравнение примет вид:

Jh= ,

Пример:

Jh= ,

 

Сеть с изолированной нейтралью.

 

 

Рис. 4. Сеть с изолированной нейтралью.

В этой сети ток, проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исходном состоянии обладает большим сопротивлением.

Ток, проходящий через человека, определяется с учетом сопротивления обуви Rоб., пола (основания) Rп., на котором стоит человек, включенных последовательно , по уравнению:

                ,

где  Ru3 – сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

А если взять самый неблагоприятный случай, тогда человек имеет проводящую обувь и стоит на токопроводящем полу,

то уравнение имеет вид:

                                                                                                        (8)

Для этого случая в сети с фазным напряжением Uф=200В и сопротивлением изоляции фазы RИЗ=90000 Ом при Rh=1000 Ом ток через человека будет: 
                                                  

Этот ток значительно меньше чем (210мА) вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичном случае, но в сети с заземленной нейтралью. Этот вывод справедлив лишь для нормальных (безаварийных) условий работы сетей.

В случае аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Это объясняется тем, что напряжение на неповрежденной фазе может повыситься до линейного.

В сетях напряжением выше 1000В большой емкостной проводимости между фазами и землей опасность прикосновения человека к одной и двум фазам практически одинакова.

Таким образом основными причинами несчастных случаев от электрического тока являются следующие: случайные прикосновения к токоведущим частям и появление напряжения на металлических частях электрооборудования.

 

3. Меры защиты от поражения  электрическим током.

 

Основными мерами защиты от поражения током являются:

• обеспечение недоступности токоведущих частей для случайного прикосновения;
• контроль за состоянием изоляции электроустановок;
• защитные разделения сети;
• применение специальных защитных средств – переносных приборов и приспособлений;
• организация безопасной эксплуатации электроустановок;
• устранение опасности поражения током при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других токопроводящих частях оборудования с помощью защитного заземления, отключения и зануления.

Рассмотрим последний пункт.

 

3.1 Защитное заземление.

 

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние, вынос потенциала и т.д.).

Замыкание на корпус (электрическое замыкание) – это случайное электрическое соединение токоведущих частей с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

Задача защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. 

Область применения защитного заземления – трехфазные сети до 1000В с изолированной нейтралью и более 1000В с любым режимом нейтрали, см рис.

 

               

 

         Рис.5                                                                                       Рис.6

Сеть с изолированной                                                       Сеть с заземленной

нейтралью                                                                           нейтралью

 

Принцип действия защитного заземления заключается в том, что снижается напряжение между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей.

Возьмем сеть в изолированной нейтралью:

 

 

Рис.7

 

В данной схеме сопротивления RЗ, Rh и RИЗ  фазы А включены параллельно и эквивалентное сопротивление:

                                                                              (9)