Поразка людини струмом внаслідок електричного впливу, т. е. проходження струму через людину, є наслідком його дотику до 2-х точок електричного ланцюга, між якими існує певна напруга. Небезпека такого дотику оцінюється, як відомо, струмом, що проходить через тіло людини або напругою, під якою вона опиняється. Слід зазначити, що напруга дотику залежить від ряду факторів: схеми включення людини в електричний ланцюг, напруги мережі, схеми самої мережі, режиму її нейтралі, ступеня ізоляції струмопровідних частин від землі, а також ємності струмовідних частин щодо землі тощо.
Отже, зазначена вище небезпека не є однозначною: в одному випадку включення людини в електричний ланцюг супроводжуватиметься проходженням через нього малих струмів і буде не дуже небезпечним, в інших випадках струми зможуть досягати значних величин, які можуть призвести до смертельного результату. У цій статті розглядається залежність небезпеки включення людини в електричний ланцюг, тобто значення напруги дотику та струму, що протікає через людину від перерахованих факторів.
Цю залежність необхідно знати при оцінці тієї чи іншої мережі за умовами техніки безпеки, вибором та розрахунком відповідних заходів захисту, зокрема заземлення, занулення, захисного відключення, пристроїв контролю ізоляції мережі тощо.
При цьому у всіх випадках, крім особливо обумовлених, вважатимемо, що опір основи, на якій стоїть людина (грунт, підлога та ін), а також опір її взуття незначні і тому їх можна прийняти рівними нулю.
Отже, найбільш характерними схемами включення людини в електричний ланцюг при випадковому дотику до струмопровідних провідників є:
1. Включення між двома фазними провідниками ланцюга,
2. Включення між фазою та землею.
Само собою, у другому варіанті передбачається, що мережа, що розглядається, електрично пов'язана з землею за рахунок, наприклад, заземлення нейтралі джерела струму або через погану ізоляцію проводів щодо землі, або ж через наявність між ними великої ємності.
Двофазний дотик вважається найбільш небезпечним, оскільки в цьому випадку до тіла людини прикладено лінійну напругу 380 вольт, а струм, що проходить через тіло. не залежить від схеми мережі та режиму її нейтралі.
Двофазний дотик відбувається дуже рідко і пов'язаний в основному, з роботою під напругою:
На електрощитах, збірках та ПЛ;
У разі використання несправних засобів індивідуального захисту;
На устаткуванні з неогородженими струмопровідними частинами тощо.
Однофазний дотик зазвичай вважається менш небезпечним, оскільки струм, що проходить в цьому випадку через людину, обмежений впливом низки факторів. Але воно трапляється на практиці набагато частіше за двофазне. Тому темою цієї статті є аналіз лише випадків однофазного дотику в мережах, що розглядаються.
При ураженні людини електричним струмомнеобхідно вжити заходів для звільнення постраждалого від струму та негайно розпочати надання йому першої допомоги.
Звільняти людину від дії струмунеобхідно якнайшвидше, але при цьому треба дотримуватися запобіжних заходів. Якщо постраждалий перебуває на висоті, слід вживати заходів щодо попередження його падіння.
Дотик до людини, яка перебуває під напругою, небезпечно, і при веденні рятувальних робіт необхідно суворо дотримуватись певних застережень від можливої поразкиструмом осіб, які проводять ці роботи.
Найбільш простим способомзвільнення потерпілого від струму є відключення електроустановки або тієї її частини, якою стосується людина. При відключенні установки може згаснути електричне світло, тому за відсутності денного світла необхідно мати напоготові інше джерело світла - ліхтар, свічку тощо.
Після звільнення потерпілого від струмунеобхідно встановити ступінь поразки та відповідно до стану потерпілого надати йому медичну допомогу. Якщо потерпілий не знепритомнів, необхідно забезпечити йому відпочинок, а за наявності травм чи пошкоджень (забиті місця, переломи, вивихи, опіки тощо) необхідно надати йому першу допомогу до прибуття лікаря або доставити до найближчого лікувального закладу.
Якщо потерпілий знепритомнів, але дихання збереглося, необхідно рівно і зручно укласти його на м'яку підстилку - ковдру, одяг і т. д., розстебнути комір, пояс, зняти одяг, що стискує, очистити порожнину рота від крові, слизу, забезпечити приплив свіжого повітря, дати понюхати нашатирний спирт, оббризкати водою, розтерти і зігріти тіло.
За відсутності ознак життя (при клінічній смерті відсутнє дихання і пульс, зіниці очей розширені через кисневе голодування кори головного мозку) або при переривчастому диханні слід швидко звільнити потерпілого від стисненого дихання одягу, очистити рот і робити штучне дихання та масаж серця.
Знання процесів, що протікають в електроустановках, дозволяє енергетикам безпечно експлуатувати обладнання будь-якої напруги та виду струму, виконувати ремонтні роботи та технічне обслуговуванняелектричних систем.
Уникнути випадків ураження струмом електроустановки допомагає інформація, що викладається в , ПТБ та ПТЕ - основних документів, створених кращими фахівцями на основі аналізу нещасних випадків з людьми, які постраждали від небезпечних факторів, що супроводжують роботу електричної енергії
Обставини та причини потрапляння людини під дію електричного струму
Керівні документи з безпеки виділяють три групи причин, які пояснюють поразку працівників електричним струмом:
1. ненавмисне, ненавмисне наближення до струмоведучих частин з напругою на відстань, меншу за безпечну або дотик до них;
2. виникнення та розвиток аварійних ситуацій;
3. порушення вимог, зазначених у керівних документах, що наказують правила поведінки працівників у діючих електроустановках.
Оцінка небезпек ураження людини полягає у визначенні розрахунками величин струмів, що проходять через тіло потерпілого. При цьому доводиться враховувати багато ситуацій, коли контакти можуть виникнути у довільних місцях електроустановки. До того ж, прикладена до них напруга змінюється в залежності від багатьох причин, що включають умови та режими роботи електричної схеми, її енергетичні характеристики.
Умови ураження людини струмом електроустановки
Щоб через тіло потерпілого став протікати струм, необхідно створити електричний ланцюг підключенням його мінімум до двох точок схеми, що має різницю потенціалів - напругою. На електричному устаткуванні можливі прояви наступних умов:
1. одночасний двофазний або двополюсний дотик до різних полюсів (фаз);
2. однофазний або однополюсний дотик до потенціалу схеми, коли людина має безпосередню гальванічну зв'язок з потенціалом землі;
3. випадкове створення контакту з провідними елементами електроустановки, які опинилися під напругою внаслідок розвитку аварії;
4. потрапляння під дію напруги кроку, коли різницю потенціалів створено між точками, у яких одночасно перебувають ноги чи інші частини тіла.
При цьому може виникнути електричний контакт постраждалого з струмоведучою частиною електроустановки, який розглядається ПУЕ як дотик:
1. пряме;
2. чи опосередковане.
У першому випадку він створюється безпосереднім контактом з струмоведучою частиною, включеною під напругу, а в другому - при дотику до не ізольованих елементів схеми, коли на них пройшов небезпечний потенціал у разі розвитку аварії.
Щоб визначити умови безпечної експлуатації електроустановки та підготувати для працівників усередині неї робоче місце, необхідно:
1. проаналізувати випадки можливого створення шляхів проходження електричного струму через організм обслуговуючого персоналу;
2. порівняти його максимально можливу величину з чинними мінімально допустимими нормативами;
3. ухвалити рішення щодо виконання заходів забезпечення електричної безпеки.
Особливості аналізу умов ураження людей в електроустановках
Для оцінки величини струму, що проходить через тіло потерпілого в мережі постійної або змінної напруги, використовуються такі види позначень для:
1. опорів:
Rh – у тіла людини;
R0 - для влаштування заземлення;
R-шар ізоляції щодо контуру землі;
2. струмів:
Ih – через тіло людини;
Iз - замикання на контур землі;
Uc - ланцюги постійного чи однофазного змінного струмів;
Uл – лінійних;
Uф – фазних;
Uпр - дотику;
Uш – кроку.
При цьому можливі такі типові схеми підключення потерпілого до ланцюгів напруги в мережах:
1. постійного струму при:
однополюсному торканні контакту провідника з потенціалом, ізольованим від контуру землі;
однополюсному торканні потенціалу схеми із заземленим полюсом;
двополюсний контакт;
2. трифазних мереж при;
однофазному контакті з одним із потенційних провідників (узагальнений випадок);
двофазний контакт.
Схеми поразки в ланцюгах постійного струму
Однополюсний контакт людини з потенціалом ізольованим від землі
Під дією напруги Uc по послідовно створеному ланцюжку з потенціалу нижнього провідника, тіла постраждалого (рука-нога) та контур землі через подвійний опір ізоляції середовища протікає струм Ih.
Однополюсний контакт людини із заземленим потенціалом полюса
У цій схемі ситуацію посилює підключення до контуру землі одного потенційного дроту з опором R0, близьким до нуля і значно меншим, ніж у тіла потерпілого та шару ізоляції зовнішнього середовища.
Сила струму, що шукається, приблизно дорівнює відношенню напруги мережі до опору людського тіла.
Двополюсний контакт людини з потенціалами мережі
Напруга мережі безпосередньо прикладається до тіла потерпілого, а струм через організм обмежується лише його власним незначним опором.
Загальні схеми ураження ланцюгах змінного трифазного струму
Створення контакту людини між фазним потенціалом та землею
У випадку між кожною фазою схеми і потенціалом землі є свій опір і створюється ємність. Нейтраль обмоток джерела напруги має узагальнене опором Zн, величина якого в різних системахзаземлення ланцюга змінюється.
Формули розрахунку провідностей кожного ланцюжка та загальної величини струму Ih через фазну напругу Uф представлені на картинці формулами.
Освіта контакту людини між двома фазами
Найбільшу величину та небезпеку становить струм, що проходить через ланцюжок, створений між безпосередніми контактами тіла потерпілого з фазними проводами. При цьому частина струму може пройти шляхом через землю і опору ізоляції середовища.
Особливості двофазного дотику
У ланцюгах постійного та трифазного змінного струмів створення контактів між двома різними потенціалами найнебезпечніше. За такої схеми людина потрапляє під дію найбільшої напруги.
У схемі із джерелом живлення постійної напруги величина струму через потерпілого обчислюється за формулою Ih=Uc/Rh.
У трифазній мережі змінного струмуце значення обчислюється за співвідношенням Ih=Uл/Rh=√3 Uф/Rh.
Вважаючи, що середній електричний опір тіла людини становить 1 кілоом, розрахуємо струм, який виникає в мережі постійної та змінної напруги 220 вольт.
У першому випадку він становитиме: Ih=220/1000=0,22А. Цієї величини в 220 мА достатньо для того, щоб постраждалий зазнав судомного стиснення м'язів, коли без сторонньої допомоги він звільнитися від впливу випадкового дотику вже не в змозі - струм, що утримує.
У другому випадку Ih = (220 · 1,732) / 1000= 0,38А. При такому значенні 380 мА виникає смертельна небезпека поразки.
Також звертаємо увагу на те, що в мережі змінної трифазної напруги положення нейтралі (може бути ізольована від землі або навпаки - приєднана коротко) дуже мало впливає на величину струму Ih. Його основна частка йде не через ланцюжок землі, а між потенціалами фаз.
Якщо людина застосувала засоби захисту, що забезпечують її надійну ізоляцію від контуру землі, то вони в подібній ситуації виявляться марними і не допоможуть.
Особливості однофазного дотику
Трифазна мережа із глухо заземленою нейтраллю
Потерпілий торкається одного з фазних проводів і потрапляє під різницю потенціалів між ним та контуром землі. Такі випадки трапляються найчастіше.
Хоча напруга фази щодо землі менша за лінійну в 1,732 рази, такий випадок залишається небезпечним. Погіршити стан постраждалого може:
режим нейтралі та якість її підключення;
електричні опори діелектричного шару дротів щодо потенціалу землі;
вид взуття та його діелектричні властивості;
опір ґрунту в місці знаходження потерпілого;
інші супутні чинники.
Значення струму Ih у цьому випадку можна визначити за співвідношенням:
Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+R0).
Нагадаємо, що опори: людського тіла Rh, взуття Rоб, підлоги Rп і заземлення у нейтралі R0 приймаються в Омах.
Що менше величина знаменника, то сильніше створюється струм. Якщо працівник носить струмопровідне взуття, наприклад, промочив ноги чи підошви підбиті металевими цвяхами, до того ж перебуває на металевому підлозі чи сирої землі, можна вважати, що Rоб=Rп=0. Так забезпечується найнесприятливіший випадок життя постраждалого.
Ih = Uф / (Rh + R0).
При фазному напрузі 220 вольт отримаємо Ih=220/1000=0,22 А. Або струм смертельної небезпеки 220 мА.
Тепер розрахуємо варіант, коли працівник використовує засоби захисту: діелектричне взуття (Rоб=45 кОм) та ізолюючу основу (Rп=100 кОм).
Ih = 220 / (1000 +45000 +10000) = 0,0015 А.
Отримали безпечну величину струму 1,5мА.
Трифазна мережа із ізольованою нейтраллю
Тут відсутній прямий гальванічний зв'язок нейтралі джерела струму з потенціалом землі. Фазна напруга прикладена до опору шару ізоляції Rіз, що має дуже високу величину, яка контролюється при експлуатації та постійно підтримується у справному стані.
Ланцюг протікання струму через тіло людини залежить від цієї величини у кожній із фаз. Якщо врахувати всі верстви опору струму, його величину можна прорахувати за такою формулою: Ih=Uф/(Rh+Rоб+Rп+(Rиз/3)).
Під час найнесприятливішого випадку, коли створені умови максимальної провідності через взуття та підлогу, вираз набуде вигляду: Ih=Uф/(Rh+(Rиз/3)).
Якщо розглядати мережу 220 вольт з ізоляцією шару 90 кОм, то отримаємо: Ih=220/(1000+(90000/3)) =0,007 А. Такий струм 7 мА буде добре відчуватися, але смертельну травму забезпечити не зможе.
Звернемо увагу, що ми в цьому прикладі навмисне упустили опір ґрунту та взуття. Якщо їх врахувати, то струм знизиться до безпечної величини близько 0,0012 А або 1,2 мА.
Висновки:
1. у схемах із ізольованою нейтраллю безпеку працівників забезпечити простіше. Вона безпосередньо залежить від якості діелектричного шару дротів;
2. за однакових обставин дотику до потенціалу однієї фази схема із заземленою нейтраллю становить найбільшу небезпеку, ніж із ізольованою.
Розглянемо випадок дотику металевого корпусу електричного приладу, якщо всередині нього пробито ізоляцію діелектричного шару у потенціалу фази. Коли людина торкнеться цього корпусу, то через його тіло піде струм на землю і далі через нейтраль до джерела напруги.
Схема заміщення показана на зображенні нижче. Опір Rн має навантаження, що створюється приладом.
Опір ізоляції Rіз спільно з R0 і Rh обмежує струм міжфазного дотику. Він виражається співвідношенням: Ih = Uф / (Rh + Riз + Rо).
При цьому, як правило, ще на стадії проекту, вибираючи матеріали для випадку, коли R0=0 намагаються дотримуватися умов: Rіз>(Uф/Ihg) -Rh.
Розмір Ihg називається порогом невідчутного струму, значення якого людина відчуватиме.
Робимо висновок: опір діелектричного шару всіх струмопровідних частин щодо контуру землі визначає рівень безпеки електроустановки.
Тому всі подібні опори нормовані і враховані затвердженими таблицями. З цією ж метою нормують не самі опору ізоляції, а струми витоків, які через них протікають під час випробувань.
Напруга кроку
В електроустановках з різних причин може виникнути аварія, коли потенціал фази безпосередньо стосується контуру землі. Якщо на повітряній ЛЕП один із проводів під дією різного типу механічних навантажень обірвався, то саме в цьому випадку і проявляється подібна ситуація.
При цьому в місці контакту дроту із землею утворюється струм, який створює навколо точки дотику зону розтікання - майданчик, на поверхні якого з'являється електричний потенціал. Його величина залежить від струму замикання Iз та питомого стану ґрунту r.
Людина, яка опинилась у межах цієї зони, потрапляє під дію напруги кроку Uш, як показано на лівій половинці картинки. Площа зони розтікання обмежується контуром, де немає потенціалу.
Значення напруги кроку розраховується за формулою: Uш=Uз∙β1∙β2.
У ній враховується напруга фази у місці розтікання струму - Uз, яке уточнюється коефіцієнтами характеристик розтікання напруги β1 та впливу опорів взуття та ніг β2. Величини β1 та β2 публікуються у довідниках.
Значення струму крізь тіло потерпілого обчислюється виразом: Ih=(Uз∙β1∙β2)/ Rh.
На правій частині малюнка в положенні 2 постраждалий створює контакт із потенціалом проводу, що замкнув на землю. Він виявляється під впливом різниці потенціалів між точкою торкання рукою та контуром землі, яка виражається напругою дотику Uпр.
У цій ситуації струм обчислюють за виразом: Ih=(Uф.з.∙α)/Rh
Значення коефіцієнта розтікання можуть змінюватися в межах 0÷1 і враховують характеристики, що впливають на Uпр.
У розглянутій ситуації діють самі висновки, як і під час створення однофазного контакту постраждалим у нормальному режимі експлуатації електроустановки.
Якщо ж людина розташована за межами зони розтікання струму, вона знаходиться в безпечній зоні.
Включення людини в електричну мережу може бути однофазним та двофазним. Однофазне включення є підключенням людини між однією з фаз мережі і землею. Сила вражаючого струму у разі залежить від режиму нейтралі мережі, опорів людини, взуття, статі, ізоляції фаз щодо землі. Однофазне включення виникає значно частіше і часто спричиняє електричні травми в мережах будь-якої напруги. При двофазному включенні людина торкається двох фаз електричної мережі. При двофазному включенні сила струму, що протікає через тіло (вражає струм), залежить лише від напруги мережі та опору тіла людини і не залежить від режиму нейтралі живлення трансформатора мережі. Електричні мережі ділять на однофазні та трифазні. Однофазна мережа може бути ізольована від землі або мати заземлений провід. На рис. 1 зображені можливі варіанти підключення людини до однофазних мереж.
Таким чином, якщо людина торкнеться однієї з фаз трифазної чотирипровідної мережі з глухозаземленою нейтраллю, то вона виявиться практично під фазною напругою (R3≤RЧ) і сила струму, що проходить через людину при нормальній роботі мережі, практично не зміниться зі зміною опору ізоляції та ємності проводів щодо землі.
Вплив електричного струму на організм людини
Проходячи через організм, електричний струм має термічну, електролітичну та біологічну дію.
Термічну дію проявляється у опіках шкірного покриву чи внутрішніх органів.
При електролітичній дії внаслідок проходження струму відбувається розкладання (електроліз) крові та іншої органічної рідини, що супроводжується руйнуванням еритроцитів та порушенням обміну речовин.
Біологічна дія виявляється у подразненні та збудженні живих тканин організму, що супроводжується мимовільним судомним скороченням м'язів, у тому числі серця та легень.
Розрізняють два основні види ураження електричним струмом:
§ електричні травми,
§ електричні удари.
Електричні удариможуть бути умовно поділені на чотири ступені:
1. судомні скорочення м'язів без втрати свідомості;
2. зі втратою свідомості, але зі збереженням дихання та роботи серця;
3. втрата свідомості та порушення серцевої діяльності або дихання (або того та іншого разом);
4. клінічна смерть, тобто. відсутність дихання та кровообігу.
Клінічна смерть - це перехідний період між життям та смертю, що починається з моменту зупинки діяльності серця та легень. Людина, яка перебуває в стані клінічної смерті, не виявляє жодних ознак життя: у неї відсутні дихання, серцебиття, реакції на болючі відчуття; зіниці очей розширено і не реагують на світло. Однак слід пам'ятати, що в цьому випадку організм ще можна пожвавити, якщо правильно і своєчасно подати йому допомогу. Тривалість клінічної смерті може становити 5-8 хв. Якщо допомога не буде подана вчасно, настає біологічна (справжня) смерть.
Результат ураження людини електричним струмом залежить багатьох чинників. Найважливішими з них є величина та тривалість дії струму, рід та частота струму та індивідуальні властивості організму.
Визначення опору розтікання струму одиночних заземлювачів та порядок розрахунку захисного контуру заземлення для стаціонарного технологічного обладнання (ГОСТ 12.1.030-81. CCБТ. Захисне заземлення, занулення)
Виконує заземлюючі пристрої. Розрізняють штучні заземлювачі, призначені виключно для цілей заземлення, і природні - сторонні провідні частини, що знаходяться в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище, використовувані для цілей заземлення.
Для штучних заземлювачів застосовують зазвичай вертикальні та горизонтальні електроди.
Як природні заземлювачі можуть використовуватися: прокладені в землі водопровідні та інші металеві труби (за винятком трубопроводів горючих рідин, горючих або вибухонебезпечних газів); обсадні труби артезіанських колодязів, свердловин, шурфів тощо; металеві та залізобетонні конструкції будівель та споруд, що мають з'єднання із землею; свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі; металеві шпунти гідротехнічних споруд тощо.
Розрахунок захисного заземлення має на меті визначити основні параметри заземлення – число, розміри та порядок розміщення одиночних заземлювачів та заземлюючих провідників, при яких напруга дотику та кроку в період замикання фази на заземлений корпус не перевищує допустимих значень.
Для розрахунку заземлення необхідні такі відомості:
1) характеристика електроустановки - тип установки, види основного обладнання, робочі напруги, способи заземлення нейтралів трансформаторів та генераторів тощо;
2) план електроустановки із зазначенням основних розмірів та розміщення обладнання;
3) форми та розміри електродів, з яких передбачено спорудити проектований груповий заземлювач, а також передбачувана глибина занурення їх у землю;
4) дані вимірювань питомого опору ґрунту на ділянці, де має бути споруджено заземлювач, та відомості про погодні (кліматичні) умови, за яких проводилися ці вимірювання, а також характеристика кліматичної зони. Якщо земля приймається двошарової, необхідно мати дані вимірювань питомого опору обох шарів землі і товщина верхнього шару;
5) дані про природні заземлювачі: які споруди можуть бути використані для цієї мети та опору їх розтіканню струму, отримані безпосереднім виміром. Якщо з будь-яких причин виміряти опір природного заземлювача неможливо, то мають бути подані відомості, що дозволяють визначити цей опір розрахунковим шляхом;
6) розрахунковий струм замикання на грішну землю. Якщо струм невідомий, його обчислюють звичайними способами;
7) розрахункові значення допустимих напруг дотику (і кроку) і час дії захисту, якщо розрахунок проводиться за напругою дотику (і кроку).
Розрахунок заземлення провадиться зазвичай для випадків розміщення заземлювача в однорідній землі. В останні роки розроблені та почали застосовуватися інженерні способи розрахунку заземлювачів у багатошаровому грунті.
При розрахунку заземлювачів в однорідній землі враховується опір верхнього шару землі (шару сезонних змін), зумовлений промерзанням або висиханням ґрунту. Розрахунок проводять способом, заснованим на застосуванні коефіцієнтів використання провідності заземлювача і так званим способом коефіцієнтів використання. Його виконують як за простих, і при складних конструкціях групових заземлювачів.
При розрахунку заземлювачів у багатошаровій землі зазвичай приймають двошарову модель землі з питомими опорами верхнього і нижнього шарів r1 і r2 відповідно і товщиною (потужністю) верхнього шару h1. Розрахунок проводиться способом, заснованим на обліку потенціалів, наведених на електроди, що входять до складу групового заземлювача, і тому званим способом наведених потенціалів. Розрахунок заземлювачів у багатошаровій землі більш трудомісткий. Водночас він дає більш точні результати. Його доцільно застосовувати при складних конструкціях групових заземлювачів, які зазвичай мають місце в електроустановках з ефективною заземленою нейтраллю, тобто в установках напругою 110 кВ і вище.
При розрахунку заземлювального пристрою у будь-який спосіб необхідно визначити для нього необхідний опір.
Визначення необхідного опору заземлювального пристрою здійснюють відповідно до ПУЕ.
Для установок напругою до 1 кВ опір заземлювального пристрою, що використовується для захисного заземлення відкритих провідних частин системи типу IT повинен відповідати умові:
де Rз - опір заземлювального пристрою, ом; Uпр.доп - напруга дотику, значення якого приймається рівним 50; Із - повний струм замикання на землю, А.А.
Як правило, не потрібно приймати значення опору заземлювального пристрою менше 4 Ом. Допускається опір заземлювального пристрою до 10 Ом, якщо дотримано наведену вище умову, а потужність трансформаторів та генераторів, що живлять мережу, не перевищує 100 кВА, у тому числі сумарна потужність трансформаторів та (або) генераторів, що працюють паралельно.
Для установок напругою вище 1 кВ вище 1 кВ опір заземлювального пристрою повинен відповідати:
0,5 Ом при ефективно заземленій нейтралі (тобто при великих струмах замикання на землю);
250/Iз, але не більше 10 Ом при ізольованій нейтралі (тобто при малих струмах замикання на землю) та умови, що заземлювач використовується тільки для електроустановок напругою понад 1000 В.
У цих виразах Iз - розрахунковий струм замикання на землю.
У процесі експлуатації може статися підвищення опору розтіканню струму заземлювача понад розрахункове значення, тому необхідно періодично контролювати значення опору заземлювача.
Контур заземлення
Контур заземлення класично є групою з'єднаних горизонтальним провідником вертикальних електродів невеликої глибини, змонтованих біля об'єкта на відносно невеликій взаємній відстані один від одного.
Як заземлюючі електроди в такому заземлювальному пристрої традиційно використовували сталевий куточок або арматура довжинами 3 метри, які забивали в грунт за допомогою кувалди.
Як сполучний провідник використовували сталеву смугу 4х40 мм, яка укладалася в заздалегідь підготовлену канаву глибиною 0,5 - 0,7 метра. Провідник приєднувався до змонтованих заземлювачів електро- чи газозварюванням.
Контур заземлення задля економії місця зазвичай «згортають» навколо будівлі вздовж стін (по периметру). Якщо подивитись цей заземлювач зверху, можна сказати, що електроди змонтовані по контуру будівлі (звідси і назва).
Отже контур заземлення - це заземлювач, що з кількох електродів (групи електродів), з'єднаних друг з одним і змонтованих навколо будівлі з його контуру.
Випадки ураження людини струмом можливі лише при замиканні електричного ланцюга через тіло людини або, інакше кажучи, при дотику людини не менше ніж до двох точок ланцюга, між якими існує певна напруга.
Небезпека такого дотику, що оцінюється величиною струму, що проходить через тіло людини, або напругою дотику, залежить від ряду факторів: схеми включення людини в ланцюг, напруги мережі, схеми самої мережі, режиму її нейтралі, ступеня ізоляції струмовідних частин від землі, а також від величини ємності струмопровідних частин щодо землі тощо.
Схеми включення людини у ланцюг можуть бути різними. Однак найбільш характерними є дві схеми включення: між двома проводами та між одним проводом та землею (рис. 68). Зрозуміло, у другому випадку передбачається наявність електричного зв'язку між мережею та землею.
Стосовно мереж змінного струму першу схему зазвичай називають двофазним включенням, а другу - однофазним.
Двофазне включення, тобто дотик людини одночасно до двох фаз, як правило, небезпечніше, оскільки до тіла людини прикладається найбільша в цій мережі напруга - лінійна, і тому через людину піде більший струм:
де Ih - Струм, що проходить через тіло людини, А; UЛ = √3 Uф - лінійна напруга, тобто напруга між фазними проводами мережі, В; Uф - фазна напруга, тобто напруга між початком і кінцем однієї обмотки (або між фазним і нульовим проводами), Ст.
Мал. 68. Випадки включення людини в ланцюг струму:
а - двофазне включення; б, в - однофазні включення
Неважко уявити, що двофазне включення є однаково небезпечним у мережі як із ізольованою, так і із заземленою нейтралями.
При двофазному включенні небезпека ураження не зменшиться і в тому випадку, якщо людина надійно ізольована від землі, тобто якщо вона має на ногах гумові калоші або боти або стоїть на ізолюючій (дерев'яній) підлозі, або на діелектричному килимку.
Однофазне включення відбувається значно частіше, але є менш небезпечним, ніж двофазне включення, оскільки напруга, під якою виявляється людина, не перевищує фазного, тобто менше лінійного в 1,73 рази. Відповідно менше виявляється струм, що проходить через людину.
Крім того, на величину цього струму впливають також режим нейтралі джерела струму, опір ізоляції та ємність проводів щодо землі, опір статі, на якій стоїть людина, опір її взуття та деякі інші фактори.
У трифазній трипровідній мережі з ізольованою нейтраллю струм, що проходить через людину, при дотику до однієї з фаз мережі в період її нормальної роботи (рис. 69 а) визначається наступним виразом в комплексній формі (А):
де Z - комплекс повного опору однієї фази щодо землі (Ом):
тут r і С - відповідно опір ізоляції дроту (Ом) та ємність дроту (Ф) щодо землі (прийняті для спрощення однаковими для всіх проводів мережі).
Мал. 69. Дотик людини до дроту трифазної трипровідної мережі із ізольованою нейтраллю: а — за нормального режиму; б - при аварійному режимі
Струм у дійсній формі дорівнює (А):
, (35)
Якщо ємність проводів щодо землі мала, т. е. З = 0, що зазвичай має місце у повітряних мережах невеликий протяжності, то рівняння (35) набуде вигляду
, (36)
Якщо ж ємність велика, а провідність ізоляції незначна, тобто r ≈ ∞, що зазвичай має місце в кабельних мережах, то згідно з виразом (35) струм через людину (А) буде:
, (37)
де хс = 1/wC - ємнісний опір, Ом.
З виразу (36) випливає, що в мережах із ізольованою нейтраллю, що володіють незначною ємністю між проводами і землею, небезпека для людини, яка торкнулася однієї з фаз у період нормальної роботи мережі, залежить від опору проводів щодо землі: зі збільшенням опору небезпека зменшується.
Тому дуже важливо в таких мережах забезпечувати високий опір ізоляції і контролювати її стан з метою своєчасного виявлення та усунення несправностей.
Однак у мережах з великою ємністю щодо землі роль ізоляції проводів у забезпеченні безпеки дотику втрачається, що видно з рівнянь (35) та (37).
При аварійному режимі роботи мережі, тобто коли виникло замикання однієї з фаз на землю через малий опір гзм струм через людину, що торкнулася здорової фази (рис. 69 б), буде (А):
, (38)
а напруга дотику (В):
, (39)
Якщо прийняти, що rзм = 0 або принаймні вважати, що гзм< Rh (так обычно бывает на практике), то согласно выражению (39)
, (40)
т. е. людина опиниться під лінійною напругою.
У дійсних умовах гзм > 0, тому напруга, під яким виявиться людина, що доторкнувся в аварійний період до справної фази трифазної мережі з ізольованою нейтраллю, буде значно більше фазної і трохи менше лінійної напруги мережі. Таким чином, цей випадок дотику в багато разів небезпечніший за дотик до тієї ж фази мережі при нормальному режимі
роботи [див. рівняння (36) і (39), маючи на увазі, що r/3>rзм].
У трифазній чотирипровідній мережі із заземленою нейтраллю провідність ізоляції та ємнісна провідність проводів щодо землі малі порівняно з провідністю заземлення нейтралі, тому при визначенні струму через людину, що стосується фази мережі, їх можна знехтувати.
При нормальному режимі роботи мережі струм через людину буде (рис. 70 а):
, (41)
де г0 - Опір заземлення нейтралі, Ом.
Мал. 70. Дотик людини до фазного дроту трифазної чотирипровідної мережі із заземленою нейтраллю:
а - при нормальному режимі; б - при аварійному режимі
У звичайних мережах r0< 10 Ом, сопротивление тела человека Rh не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в уравнении (41) можно пренебречь значением г0 и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением Uф, а ток, проходящий через него, равен частному от деления Uф на Rh
Звідси випливає, що дотик до фази трифазної мережі із заземленою нейтраллю в період нормальної її роботи більш небезпечний, ніж дотик до фази мережі, що нормально працює, із ізольованою нейтраллю [пор. рівняння (36) і (41)], але менш небезпечним є дотик до непошкодженої фази мережі з ізольованою нейтраллю в аварійний період [порівн. рівняння (38) і (41)], оскільки rзм може часом мало відрізнятися від г0.
Існують різні схемивключення людини в електричний ланцюг струму:
Однофазний дотик – дотик до провідника однієї фази електроустановки, що діє;
Двофазний дотик – одночасний дотик до провідників двох фаз діючої електроустановки;
Дотик до нетоковедучих частин електроустановок, що опинилися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції;
Включення під напругу кроку – включення між двома точками землі (ґрунту), що знаходяться під різними потенціалами.
Розглянемо найбільш характерні схеми включення людини до електричного ланцюга струму.
Однофазний дотик у мережі з глухозаземленою нейтраллю.Струм, що протікає через тіло людини ( I h) при однофазному дотику (рис. 6) замкнеться ланцюгом: фаза L 3 – тіло людини - основа (підлога) – заземлювач нейтралі – нейтраль (нульова точка).
Мал. 6. Схема однофазного дотику у мережі
з глухозаземленою нейтраллю
За законом Ома: ,
Де Rо - опір заземлення нейтралі,
Rосн - опір основи.
Якщо основа (підлога) струмопровідна, то Rосн ≈ 0
Враховуючи те що Rпро « R h, то
U h = Uф
Такий дотик украй небезпечний.
Однофазний дотик у мережі із ізольованою нейтраллю.Струм, що протікає через тіло людини (мал. 7), замкнеться по ланцюгах: фаза L 3 - тіло людини - підлога і далі повертається в мережу через ізоляції фаз L 2 та L 1, тобто. далі струм слідує за ланцюгами: ізоляція фази L 2 - фаза L 2 - нейтраль (нульова точка) та ізоляція фази L 1 - фаза L 1 – нейтраль (нульова точка). Таким чином, у ланцюгу струму, що протікає через тіло людини, послідовно з ним виявляються включеними ізоляції фаз L 2 та L 1 .
Мал. 7. Схема однофазного дотику в мережі
із ізольованою нейтраллю
Опір ізоляції фази Zмає активну ( R) та ємнісну складові ( З).
R– характеризує неідеальність ізоляції, тобто. здатність ізоляції проводити струм, хоч і значно гірше, ніж метали;
З– ємність фази щодо землі визначається геометричними розмірами уявного конденсатора, «пластинками» якого є фази та землі.
При R 1 = R 2 = R 3 = Rф і З 1 = З 2 = З 3 = ЗФ струм, що протікає через тіло людини:
де Z- Повний опір ізоляції фазного дроту щодо землі.
Якщо ємність фаз знехтувати Зф = 0 (повітряні мережі невеликої протяжності), то:
звідки випливає, що величина струму залежить не лише від опору людини, але також від опору ізоляції фазного дроту щодо землі.
Якщо, наприклад, R 1 = R 2 = R 3 = 3000 Ом, то
; U h= 0,0111000 = 110 В
Двофазний дотик.При двофазному дотику (рис. 8) незалежно від режиму нейтралі людина опиниться під лінійною напругою мережі Uл і за законом Ома:
при Uл = 380 В: I= 380/1000 = 0,38 А = 380 мА.
Мал. 8. Схема двофазного дотику людини
Двофазний дотик дуже небезпечний, такі випадки порівняно рідкісні і є, як правило, результатом роботи під напругою в електроустановках до 1000 В, що є порушенням правил та інструкції.
Дотик до металевого корпусу, що опинився під напругою.Дотик до корпусу електроустановки (рис. 9), в якій фаза ( L 3) замкнулася на корпус, рівносильно дотику до самої фази. Тому аналіз і висновки випадків однофазного дотику, розглянуті раніше, повністю застосовуються для випадку замикання на корпус.
Мал. 9. Схема дотику людини до металевого
корпусу, що опинився під напругою