Анализ опасности прикосновения к токоведущим частям в различных условиях

Поражение человека электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Это может произойти при:

—двухфазном включении в цепь (рис. 1);

—однофазном включении в цепь — провода, клеммы, шины и т.д. (рис. 2, 3);

—контакте человека с нетоковедущими частями оборудования (корпус станка, прибора), конструктивными элементами здания, оказавшимися под напряжением в результате нарушения изоляции проводки и токоведущих частей.

Двухфазное включение в цепь. Наиболее редким, но и наиболее опасным, является прикосновение человека к двум фазным проводам или проводникам тока, соединенным с ними (рис.1). B этом случае человек окажется под действием линейного напряжения. Через человека потечет ток по пути «рука — рука», т.е. сопротивление цепи будет включать только сопротивление тела (R_ч).

Если принять сопротивление тела в 1 кОм, а электрическую сеть напряжением 380/220 В, то ток, проходящий через тело человека,

I_ч=Uл/R_ч= 3Uф/R_ч =380 В/1000 Ом = 0,38 А = 380 мА.

Это смертельно опасный ток. Тяжесть электротравмы или даже жизнь человека будет зависеть, прежде всего, от того, как быстро он освободится от контакта с проводником тока.

Рис. 1. Двухфазное включение в цепь:

а — изолированная нейтраль;

б — заземленная нейтраль;

А, В, С— фазные провода; PEN — нулевой

защитный и нулевой рабочий проводники, объединенные в один проводник

Рис. 2. Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью:

а — нормальный режим работы;

б — аварийный резким работы I (повреждена вторая фаза); R_o — сопротивление заземления нулевого провода; R_K — сопротивление замыкания провода на землю

Чаще встречаются случаи, когда человек одной рукой соприкасается с фазным проводом или частью прибора, аппарата, который случайно или преднамеренно электрически соединен с ним. Опасность поражения электрическим током в этом случае зависит от вида электрической сети (с заземленной или изолированной нейтралью).

Однофазное включение в цепь в сети с заземленной нейтралью (рис. 2). В этом случае ток проходит через человека по пути «рука — ноги» или «рука — рука», а человек будет находиться под фазным напряжением.

В первом случае сопротивление цепи будет определяться сопротивлением тела человека (Rч), обуви (Rоб), основания (R_oc), на котором стоит человек, сопротивлением заземления нейтрали (R_H), и через человека потечет ток

Iч=U_ф/(R_ч+ Rоб+ R_oc₊ R _H).

Сопротивление нейтрали R_H невелико, и им можно пренебречь по сравнению с другими сопротивлениями цепи.

Примем напряжение сети 380/220 В. Если на человеке надета изолирующая сухая обувь (кожаная, резиновая), он стоит на сухом деревянном полу, сопротивление цепи будет большим, а сила тока по закону Ома невелика.

Например, сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм. Ток, проходящий через тело человека,

I_ч =220 В/(30000 + 100 000 + 1000) Ом = 0,00168 А =1,68 мА.

Этот ток близок к пороговому ощутимому току. Человек почувствует протекание тока, прекратит работу, устранит неисправность.

Если человек стоит на влажной земле в сырой обуви или босиком, через тело будет проходить ток

1_Ч = 220 В/(3000 +1000) Ом = 0,055 А = 55 мА.

Этот ток может вызвать нарушение в работе легких и сердца, а при длительном воздействии и смерть.

Если человек стоит на влажной почве в сухих и целых резиновых сапогах, через тело проходит ток

1_Ч = 220 В/(500000+ 1000) Ом = 0,0004 А = 0,4 мА.

Воздействие такого тока человек может даже не почувствовать, но небольшая трещина или прокол на подошве сапога может резко уменьшить сопротивление резиновой подошвы и сделать работу опасной.

Перед тем как приступить к работе с электрическими устройствами их необходимо тщательно осмотреть на предмет отсутствия повреждений изоляции. Электрические устройства необходимо протереть от пыли и, если они влажные, — просушить. Мокрые электрические устройства эксплуатировать нельзя. Электрический инструмент, приборы, аппаратуру лучше хранить в полиэтиленовых пакетах, чтобы исключить попадание в них пыли или влаги. Работать надо в обуви. Если надежность электрического устройства вызывает сомнения, надо подстраховаться — подложить под ноги сухой деревянный настил или резиновый коврик. Можно использовать резиновые перчатки.

Второй путь протекания тока возникает тогда, когда второй рукой человек соприкасается с электропроводящими предметами, соединенными с землей (корпусом заземленного станка, металлической или железобетонной конструкцией здания, влажной деревянной стеной, водопроводной трубой, отопительной батареей и т.п.). В этом случае ток протекает по пути наименьшего электрического сопротивления. Указанные предметы практически накоротко соединены с землей, их электрическое сопротивление очень мало. Поэтому сопротивление цепи равно сопротивлению тела и через человека потечет ток

1_Ч = U_ф /R_ч = 220 В/1000 Ом = 0,22 А = 220 мА.

Эта величина тока смертельно опасна.

При работе с электрическими устройствами не прикасайтесь второй рукой к предметам, которые могут быть электрически соединены с землей. Работа в сырых помещениях, при наличии вблизи от человека хорошо проводящих предметов, соединенных с землей, представляет исключительно высокую опасность и требует соблюдения повышенных мер электрической безопасности.

В аварийном режиме (рис. 2, б), когда одна и₃ фаз сети (другая фаза сети, отличная от фазы, к которой прикоснулся человек) оказалась замкнутой на землю, происходит перераспределение напряжения, и напряжение исправных фаз отличается от фазного напряжения сети. Прикасаясь к исправной фазе, человек попадает под напряжение, которое больше фазного, но меньше линейного. Поэтому при любом пути протекания тока этот случай более опасен.

Рис. 3. Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью:

а — нормальный режим работы;

б — аварийный режим работы (повреждена вторая фаза)

Однофазное включение в цепь в сети с изолированной нейтралью (рис. 3). На производстве для электроснабжения сиговых электроустановок находят применение трехпроводные электрические сети с изолированной нейтралью. В таких сетях отсутствует четвертый заземленный нулевой провод, а имеются только три фазных провода.

На этой схеме прямоугольниками условно показаны электрические сопротивления r_A, r_В, r_С изоляции провода каждой фазы и емкости СА, СВ, С_с каждой фазы относительно земли. Для упрощения анализа примем r_A = r_В = r_С = r, а СА = СВ = СС = С.

Если человек прикоснется к одному из проводов или к какому-нибудь предмету, электрически соединенному с ним, ток потечет через человека, обувь, основание и через изоляцию и емкость проводов будет стекать на два других провода. Образуется замкнутая электрическая цепь, в которую, в отличие от ранее рассмотренных случаев, включено сопротивление изоляции фаз. Так как электрическое сопротивление исправной изоляции составляет десятки и сотни кОм, то общее электрическое сопротивление цепи значительно больше сопротивления цепи, образующейся в сети с заземленным нулевым проводом. То есть ток, проходящий через тело человека, в такой сети будет меньше и прикосновение к одной из фаз сети с изолированной нейтралью безопаснее. Ток, проходящий через тело человека,

Например, если сопротивление пола 30 кОм, кожаной обуви 100 кОм, сопротивление человека 1 кОм, а сопротивление изоляции фаз 300 кОм, ток, который проходит через тело человека (для сети 380/220 В), будет равен

1_Ч = 3 • 220 В/[3 • (30 000 +100 000 +1000) + 300 000] Ом == 0,00095 А = 0,95 мА.

Такой ток человек может даже не почувствовать.

Даже если не учитывать сопротивление цепи человека (человек стоит на влажной земле в сырой обуви), проходящий через человека ток будет безопасен:

1_Ч = 3*220 В/300000 Ом = 0,0022 А = 2,2 мА.

Таким образом, протяженные электрические цепи промышленных предприятий большой емкости обладают высокой опасностью, даже при хорошей изоляции фаз.

В аварийном режиме работы (рис. 3, б) ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к исправной фазе, будет стекать по цепи замыкания на земле на аварийную фазу, и его величина

Так как сопротивление замыкания R₃ аварийной фазы на земле обычно мало, то человек будет находиться под линейным напряжением, а сопротивление образовавшейся цепи будет равно сопротивлению цепи человека R₃, что очень опасно.

По этим соображениям, а также из-за удобства использования (возможность получения напряжения 220 и 380 В) четырехпроводные сети с заземленным нулевым проводом на напряжение 380/220 В получили наибольшее распространение.

Рассмотрены далеко не все возможные схемы электрических сетей и варианты прикосновения. На производстве могут быть более сложные схемы электроснабжения, находящиеся под большими напряжениями, а значит, и более опасные. Однако основные выводы и рекомендации для обеспечения безопасности практически такие же.