Конспект лекций. Основы охраны труда

18.9. Физические основы электробезопасности

Как отмечалось выше, величина тока, проходящего через тело человека при ее попадании под напряжение, в наибольшей степени определяет тяжесть поражения. Для разработки технических и организационно-технических мероприятий и средств профилактики электротравм важно знать, от которых конструктивных особенностей электроустановок, их рабочих параметров и состояния зависит возможная величина тока через человека при попадании под напряжение. Кроме того, важно, чтобы весь электротехнический персонал, все работники, работа которых связана с эксплуатацией электроустановок, четко понимали, чем обусловлена, что является причиной того или иного требования по электробезопасности. Такое знание, понимание требований действующих нормативов по электробезопасности способствовать соблюдению их работниками, и как раз понимание этих требований отличает работников пятой группы по электробезопасности от четвертой, и является обязательной составляющей их профессиональной подготовки по вопросам безопасности.
В реальной электрической сети (воздушной или кабельной) сопротивление изоляции проводов относительно земли распределяется по всей длине сети - опорные, подвесные, натяжные изоляторы, изоляция кабеля. Чем больше протяженность сети, тем более изоляторов, работающих параллельно, и меньше общее сопротивление изоляции проводов относительно земли. Требуемое сопротивление изоляции регламентируется действующими нормативами. На практике изоляция токопроводов выполняется из реальных диэлектриков, удельное сопротивление которых не равен бесконечности. Вследствие старения изоляции, ее частого увлажнения, загрязнения, нагрева, воздействия агрессивной среды и т.д., сопротивление изоляции снижается. Поэтому каждый участок длины провода имеет сопротивление изоляции определенного значения или проводимость, которая отличается от нуля, а при работе реальной сети имеют место постоянные потери тока (виток тока) через изоляцию и землю. Таким образом, несмотря на наличие изоляции, токопроводы электросети электрически связаны между собой и землей проводниками (изоляцию) с большим опором.
Кроме того, два проводника, разделенные любым диэлектриком, в том числе и провода электросети, имеют свойство накапливать свободные электрические заряды одинаковой величины и разного знака, если их хоть на время подключить к источнику электроэнергии, то есть создать в разделяющем их пространстве электрическое поле. При этом величина накопленных зарядов пропорциональна напряжению между проводниками зависит от геометрических размеров электродов (проводов - пластин конденсатора) и диэлектрической проницаемости диэлектрика, разделяющий електроди.
Согласно указанному выше, каждый участок длины провода электросети, находящегося под напряжением, кроме сопротивления изоляции, имеет определенную емкость относительно земли.
Поэтому в случае прикосновения человека к неизолированных токоведущих частей (провода и т.п.) функционирующей электросети ток через человека предопределяется величиной напряжения прикосновения и емкостью вышеуказанной системы, тобто
И "= ИА ИС, А, (18.2)
где I А ~ составляющая тока, обусловленная напряжением прикосновения, A; IQ-емкостная составляющая тока замыкания на землю, А.
Емкостная составляющая тока через человека при попадании под напряжение и с в разветвленных сетях может достигать опасных для человека значений. Поэтому даже при отключении сети от источника питания для ремонтно-профилактических работ и т.п., необходимо заземлить каждый провод переносным заземлением и только после этого и после проверки отсутствия напряжения допускать персонал к роботи.
Целью данного подразделения учебника раз и является выяснение влияния конструктивных особенностей электроустановок, их рабочих параметров и состояния на величину тока через человека при ее попадании под напряжение, т.е. на опасность поражения человека током. Попробуем выяснить эти вопросы на отдельных прикладах.
Трехфазная сеть, изолированная от земли
На рис. 18.2, согласно указанному выше, приведена принципиальная схема трехфазной сети, изолированной от земли. На схеме для наглядности сопротивления изоляции фаз относительно земли показаны сосредоточенными. Сеть подключена к вторичной обмотке трансформатора питания - Тр.
При прикосновении человека к фазному проводу 1 возникает сеть тока замыкания на землю. Основные элементы сети: "фазный провод 1" - "человек параллельно с сопротивлением изоляции этого провода относительно земли гь" - "земля" - "сопротивления изоляции проводов 2 и относительно земли г2 и г3" - фазные провода 2 и 3. Как видно из рис. 18.2, в сети приложена линейное напряжение (С / л = V3 Ucp) и замыкается эта сеть через сопротивления изоляции фаз относительно земли - г2 и г3.
Поскольку сопротивление человека (Rh) при анализе опасности поражения электрическим током принимается равным 103 Ом, а сопротивление изоляции согласно ПУЭ должно быть не менее 10э Ом (ИКОМ на вольт напряжения), то величина тока через человека в сети замыкания на землю, рассматривается, определяется практически опорами изоляции г2 и г3 фаз относительно земли. При повреждении г2 и г3 величина тока в сети замыкания на землю, в том числе и тока через человека, может вырасти на 2 порядка, что значительно увеличивает опасность поражения человека электрическим током. Поэтому в сетях, изолированных от земли, с целью предупреждения подобных ситуаций и в соответствии с требованиями электробезопасности, обязательным является постоянный контроль сопротивления изоляции "на сигнал", а в условиях повышенной опасности электротравм - "на отключение".
Одним из возможных вариантов в изолированной от земли сети при прикосновении человека к проводу 1 является пробой изоляции этого провода и замыкания его на землю (стрелка "23" пунктиром на рис. 18.2). В этом случае в сети замыкания на землю параллельно человеку появится дополнительный токопровод "33", а ток замыкания на землю распределится между человеком и пробоем на землю обратно пропорционально их сопротивлениям. Поэтому прикосновения человека к проводу с поврежденной изоляцией (с пробоем на землю) более безопасным, чем прикосновение к этому провода при отсутствии его замыкания на землю. На этом принципе возможна реализация методов защиты человека - при ее прикосновении к токоведущим частям, последние автоматически средствами защиты замыкаются на землю.
Четырехпроводная трехфазная сеть с глухозаземленной нейтраллю
Принципиальная схема трехфазной четырехпроводной сети с глухо-заземленной нейтралью приведена на рис. 18.3.
В такой сети нейтраль трансформатора питания заземлена через r0 «Rh - сопротивления человека. При прикосновении человека, стоящего на земле, до фазного провода 1 образуется сеть тока: "провод 1" - "человек" - "земля" - г0-"фаза 1". В этой сети указанные элементы соединены последовательно, а наибольшее сопротивление имеет элемент "человек" -103 Ом. Сопротивление других элементов прохождению тока находится в пределах 10 Ом. По сравнению с сетью, изолированной от земли, в данном случае, в сети тока через человека отсутствует сопротивление изоляции, который, согласно требованиям безопасности, составляет менее 10s Ом.
Поэтому величина тока через человека при ее прикосновении к неизольо-ных токоведущих частей (фазного провода), находящихся под напряжением, в сетях с глухозаземленной нейтралью должно быть на два порядка больше, чем в сетях, изолированных от земли при нормальном состоянии изоляции и близкой к величины тока через человека в сети, изолированной от земли, при наличии в ней фаз с поврежденной изоляцией, к которым не прикасается людина.
Таким образом, сети с глухозаземленной нейтралью при прикосновении человека к неизолированным токоведущим частям более опасными по тяжести электротравм, чем сети, изолированные от земли. Несмотря на это, раз сети с глухозаземленной нейтралью применяются на производстве и в быту. И только в горнодобывающей промышленности и на торфоразработках, согласно требованиям электробезопасности, обязательным является применение сетей, изолированных от земли.
Такой подход к выбору режима нейтрали электрической сети обусловлен, в основном следующими обстоятельствами:
- В условиях производственных предприятий, общественных учреждений, жилого сектора и др.. обеспечения требуемого сопротивления изоляции при применении сетей, изолированных от земли, связано с определенными техническими и экономическими проблемами;
- В сетях с глухозаземленной нейтралью возможно обеспечить более эффективную защиту при повреждении изоляции и переходе напряжения на нетоковедущие части электроустановок, более подробно будет рассмотрен в 18.10.
Таким образом, согласно указанным выше, к основным факторам, которые влияют на тяжесть поражения электрическим током (на 7 /,) при попадании человека под напряжение, можно отнести:
- Величину напряжения питания, В;
- Величину напряжения прикосновения (Uдот и В), под которую попадает человек;
- Конструктивные особенности сети питания - количество фаз и режим нейтрали;
- Величину сопротивления и состояние изоляции - прежде всего в сетях питания, изолированных от земли;
- Протяженность и разветвленность сети питания, влияющих на Гиз и емкость относительно земли.
Влияние перечисленных факторов и особенностей производственной среды эксплуатации электроустановок опасности электротравм учитывается при разработке нормативных актов по вопросам электробезопасности, технических и организационных мер предупреждения электро-травм и электрозащитных средств.

<- 18.8. Земля как элемент электрической сети. напряжение шага 18.10. Системы средств и мероприятий по электробезопасности ->