Материал: Все лекции в одном

3. Электрическое сопротивление тела человека

Основной фактор, определяющий сопротивление тела человека Rh это кожа, ее роговой слой (нет кровеносных сосудов, большое удельное сопротивление   10). Этот плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду при контакте и внутренняя ткань под этим слоем можно представить как 2 обкладки конденсатора с емкостью С_м сопротивлением изоляции _н . С ростом площади контакта _н уменьшается, а С увеличивается. Таким образом полное сопротивление кожи _к уменьшается.

Между током, протекающим через тело человека и вызвавшим его напряжением существует нелинейная зависимость, обусловленная нелинейностью Rh = f(U).

Уже при U  40  45В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление человека

В практических расчетах по электробезопасности с учетом наиболее неблагоприятных условий принимают Rh = 1000 Ом.

Допустимое напряжение прикосновения:

U_доп = U = I_доп  Rh

U и I устанавливаются ГОСТ 12.1.038-82 для токов с f=50 и f=400 гц.

4. Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям эу

Основные причины поражения электрическим током можно свети к следующим:

1. случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям (с поврежденной изоляцией или емкостью), находящихся под напряжением;

2. появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки;

3. появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования (корпусах, кожухах и т.п. в результате повреждения изоляции или других причин);

4. появление шагового напряжения в результате замыкания провода на землю.

Виды электрических сетей. Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) разрешается эксплуатировать два вида трехфазных электрических сетей (рисунок 1.1):

а) трехпроводные с изолированной нейтралью;

б) четырехпроводные с глухозаземленной нейтралью.

Трехпроводные сети с заземленной нейтралью и четырехпроводные с изолированной запрещены, как не обеспечивающие безопасности в аварийных режимах: первые - при замыкании фазы на корпус оборудования, у вторых нулевой провод при замыкании фазы на землю оказывается под напряжением фазы.

Схемы прикосновения человека к сети. Возможны два варианта прикосновения человека к сети: между двумя фазами - двухфазное и между фазой и нулевой точкой - однофазное (рисунок 1.1). По сути речь идет о включении человека в электрическую цепь, так как само по себе прикосновение становится опасным, если человек становится как бы элементом электрической цепи, обладающим определенным сопротивлением и пропускающим через себя ток определенной величины.

а

(1.1)

б

Рисунок 4.2 - Схемы прикосновения человека к сети: а - однофазное,

б - двухфазное

Однофазное включение является менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток через человека ограничивается сопротивлением обуви и пола, а также сопротивлением изоляции фазных проводов, однако вероятность однофазных прикосновений на порядок выше. Поэтому однофазное включение является основной схемой, вызывающей поражение людей током в сетях любого напряжения. На рисунке 1.2 представлена схема сравнительной опасности поражения человека электрическим током при различных схемах его включения в цепь.

При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека не зависит от режима нейтрали: как в сети с изолированной нейтралью, так и в сети с заземленной нейтралью человек оказывается под линейным (межфазным) напряжением. Иначе обстоит дело при однофазном прикосновении к сети. Рассмотрим случай однофазного прикосновения при различных режимах работы электроустановок.

4.1 Нормальный режим работы электроустановок

Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью. В случае, если сопротивления изоляции фаз равны между собой, то r­₁ = r₂ = r₃ = r и ток, протекающий через человека при его прикосновении к одной из фаз, будет определяться по формуле

(1.2)

где r - сопротивление изоляции фаз; R_ch - сопротивление цепи «человек-земля», складывающееся из собственно сопротивления человеческого тела, одежды, обуви, пола.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) изоляция в силовых и осветительных сетях напряжением до 1000 В считается исправной, если ее сопротивление на участке фазного провода между смежными предохранителями не менее 0,5 МОм. Активное сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом. Поскольку r >> R_ch , независимо от категории электроопасности помещения и условий среды при исправной изоляции и малой емкости проводов (до 0,05 мФ) однофазное прикосновение к сетям напряжением до 1000 В безопасно.

В более общем случае, когда сопротивления изоляции фаз не равны между собой, выражение для тока, проходящего через человека, удобно выразить через проводимости человека и фаз электрической сети, т.е. величины, обратные соответствующим сопротивлениям:

, (1.3)

где U_Ф = ( - 220 В), G­_ch – проводимость цепи через человека, G_ch = 1/R_ch = 10^-3 См, g₁ – проводимость фазы, к которой прикоснулся человек, g₂, g₃ - проводимости смежных фаз.

При наличии больших емкостей (кабельных линий) ток, протекающий через человека, определяется по формуле

, (1.4)

где  - угловая частота переменного тока ( = 2f = 314), С - емкость фазных проводов относительно земли.

В этом случае, как видим, сопротивление изоляции фаз не влияет на величину тока, протекающего через человека и, таким образом, не обеспечивает безопасности при прикосновении к сети.

Рисунок 4.3

(1.5)

где r₀ - сопротивление заземления нейтрали. Согласно ПУЭ, r₀ не должно превышать 10 Ом, следовательно, в выражении (1.5) значением r₀ можно пренебречь. Если человек при этом находится в особо электроопасном помещении, можно считать, что сопротивление цепи “человек - земля” не превышает R_ch = R_h =1000 Ом (R_h - активное сопротивление тела человека). Человек при этом оказывается практически под фазным напряжением U_ф, а ток, протекающий через него в 2,2 раза превышает ток порога фибрилляции. В помещениях же с сухими электроизоляционными полами R_ch >> R_h и U_h << U_ф , и в этом случае вероятен исход, благоприятный для человека.

Из уравнения (1.5) следует также, что при нормальном режиме работы трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью ток I_h опасен для жизни независимо от сопротивления изоляции и емкости линии, так как проводимости фазных проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали.

Из сказанного выше следует, что исправные трехпроводные сети с изолированной нейтралью обеспечивают гораздо бòльшую безопасность при однофазном прикосновении человека к сети. Однако, на практике, для электроснабжения предприятий, жилых помещений чаще используют четырехпроводную схему с заземленной нейтралью. Она более предпочтительна, поскольку обеспечить высокое сопротивление изоляции электрических сетей, к котрым присоединяются сотни и тысячи потребителей практически невозможно, и преимущества сети с изолированной нейтралью не могут быть реализованы. В то же время сети с глухозаземленной нейтралью имеют технологическое преимущество, так как они универсальны, и к ним могут подключаться как однофазные, так и трехфазные нагрузки. Кроме того, они менее опасны в аварийном режиме замыкания фазы на землю.

4.2 Аварийный режим

Выделяют следующие виды аварийного режима работы электроустановок:

а) нарушение изоляции фаз относительно земли (например, при падении неизолированного провода электросети на землю);

б) появление напряжения на корпусе электроустановок, электроприборов из-за нарушения изоляции проводов внутри корпуса.

А. Нарушение изоляции фаз относительно земли. Рассмотрим ситуацию, возникающую при нарушении изоляции фаз относительно земли.

Четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью. При аварийном режиме, когда одна из фаз, например, фаза 3 (рисунок 1.5) замкнута на землю через сопротивление r_зам (обычно это составляет десятки Ом), а остальные фазы имеют исправную изоляцию, напряжение прикосновения определяется выражением

(1.6)

А ток I_h, проходящий через человека:

(1.7)

Рисунок 4.4

U_л >> U_h > U_ф .

Таким образом, прикосновения человека к исправной фазе сети с заземленной нейтралью в период аварийного режима более опасно, чем при нормальном режиме.

Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью. При аварийном режиме замыкания фазы на землю (пусть это будет, например, также фаза 3) через малое r_зам. (проводимости g₁, g₂, g₃ в формуле 1.3) значение тока, проходящего через человека при его прикосновении к исправной фазе:

(1.8)

а напряжение прикосновения U_h определится как

, (1.9)

Если принять r_зам. = 0, то, согласно уравнению (1.9) человек окажется под линейным напряжением. В реальных условиях r_зам. cоставляет несколько десятков Ом, т.е. значительно меньше R_сh, поэтому человек оказывается под напряжением, близким к линейному.

Этот случай является наиболее опасным, сравните выражения (1.2), (1.7), (1.8), имея в виду, что

.