Действие электрического тока на человека

3) Появление  напряжения на отключенных токоведущих  частях в результате: ошибочного  включения отключенной установки; замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями; разряда молнии в электроустановку и др.

4) Возникновение  напряжения шага на участке  земли, где находится человек, в  результате: замыкания фазы на землю; выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами); неисправностей в устройстве защитного заземления и др.

Напряжением шага называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека.

Если человек будет находиться в зоне растекания тока, например, при повреждении воздушной линии электропередачи, или нарушении изоляции силового кабеля, проложенного в земле, или при отекании тока через заземлитель и стоять при этом на поверхности земли, имеющей разные потенциалы в местах, где расположены ступни ног, то на длине шага возникает напряжение (рис. 31) Uщ = φх - φх+s, где φx и φx+s – потенциалы точек расположения ног; S = 0,8 м – длина шага.

 

Электрический ток, протекающий через тело человека в этом случае, зависит от значения тока замыкания на землю, сопротивления основания пола и обуви, а также от расположения ступней ног.

Напряжение шага может быть равным нулю, если обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии, т. е. линии электрического поля, обладающей одинаковым потенциалом. Напряжение шага может быть уменьшено до минимума, если свести ступни ног вместе. Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, и на расстоянии, примерно равном 20 м, он может быть принят равным нулю.

Напряжение шага всегда меньше напряжения прикосновения. Кроме того, протекание тока по нижней петле «нога-нога» менее опасно, чем по пути «рука-нога». Однако в практике немало случаев поражения людей при воздействии напряжения шага. Поражение при напряжении шага усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног человек может упасть, после чего цепь тока замыкается на теле через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к его телу.

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Для обеспечения электробезопасности применяют отдельно или в сочетании один с другим следующие технические способы и средства защиты: недоступность токоведущих частей, находящихся под напряжением, электрическое разделение сети, малые напряжения, двойная изоляция, выравнивание потенциалов, защитное заземление, зануление, защитное отключение и др. К техническим способам и средствам также относятся предупредительная сигнализация, знаки безопасности, средства индивидуальной и коллективной защиты, предохранительные приспособления и др.

Недоступность токоведущих частей электроустановок для случайного прикосновения может быть обеспечена рядом способов: изоляцией токоведущих частей, ограждением, различными блокировками, размещением токоведущих частей на недоступном расстоянии.

Изоляция является основным способом электробезопасности в сетях до 1000 В, так как применение изолированных проводов обеспечивает достаточную защиту от напряжения при прикосновении к ним. Действительно, если в сети с изолированной нейтралью с фазным напряжением Uф = 220 В обеспечить сопротивление изоляции не меньше 65 кОм, то ток через человека при однофазном прикосновении не превысит значения порогового неотпускающего тока, т. е. Ih ≤ 10 мА. В соответствии с Правилами сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между каждой парой фаз на каждом участке между двумя последовательно установленными аппаратами защиты (предохранителями, автоматами и др.) должно быть не ниже 0,5 МОм.

В то же время использование изолированных проводов при напряжении выше 1000 В не менее опасно, чем применение голых, так как повреждения изоляции обычно остаются незамеченными, если провод подвешен на изоляторах. А при более высоких напряжениях опасно даже приближение к токоведущим частям, так как возможен пробой воздуха при малом расстоянии до человека и последующее поражение его током. Чтобы исключить возможность прикосновения или опасного приближения к токоведущим частям под напряжением, используются, как отмечалось, ограждения, блокировки и размещение на недоступной высоте или в недоступном месте.

Ограждения в виде корпусов, кожухов, оболочек используются в электрических машинах, аппаратах, приборах. Сплошные ограждения являются обязательными для электроустановок, расположенных в местах, где бывает неэлектротехнический персонал (уборщицы и др.). Сетчатые ограждения с размерами ячеек 25х25 мм применяются в установках напряжением как до, так и выше 1000 В. В закрытых помещениях их высота должна быть не менее 1,7 м, а в открытых – не менее 2,0 м, чтобы исключить или сильно затруднить доступ к электроустановкам случайных либо нетрезвых лиц. Сетчатые ограждения имеют двери, запирающиеся на замок.

На испытательных стендах и других установках с повышенным напряжением, где часто работают люди, применяются блокировки: механические и электрические. Механические блокировки находят применение в электрических аппаратах – рубильниках, пускателях, автоматических выключателях и др., работающих в условиях, в которых предъявляются повышенные требования безопасности (судовые, подземные и тому подобные электроустановки). Электрические блокировки осуществляют разрыв цепи специальными контактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышках и дверцах кожухов. При дистанционном управлении электроустановкой блокировочные контакты включаются в цепь управления пускового аппарата, а не в силовую цепь электроустановки. В радиоаппаратуре применяются блочные схемы со штепсельным соединением, которые автоматически разрывают цепь.

Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступном месте позволяет обеспечить безопасность без ограждений. При этом учитывается возможность случайного прикосновения к токоведущим частям посредством длинных предметов, которые человек может держать в руках. Поэтому вне помещений неизолированные провода при напряжении до 1000 В должны быть расположены на высоте не менее 6 м, а внутри помещений – не ниже 3,5 м. А для исключения перекрытия при напряжении 110 кВ люди должны находиться не ближе 1,0 м от токоведущих частей, при 220 кВ – не ближе 2,0 м, при 400-500 кВ – 3,5 м, при 750 кВ – 5,0 м и 1150 кВ – 8,0 м.

Электрическое разделение сетей – это разделение электрической сети на отдельные электрически несвязанные между собой участки с помощью разделительных трансформаторов (рис. 32). Эта мера защиты применяется в разветвленной электрической сети, которая имеет значительную емкость и соответственно небольшое сопротивление изоляции относительно земли. Эксплуатация таких сетей может оказаться опасной, так как в сетях напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью снижается защитная роль изоляции проводов и усиливается опасность поражения человека электрическим током в случае прикосновения к токоведущим частям.

 

Опасность поражения можно резко уменьшить, если единую разветвленную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут обладать небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции. Ток через человека, прикоснувшегося к одной из фаз, будет определяться высоким сопротивлением фаз относительно земли: Ih = 3Uф / Z.

Если в сетях напряжением 380 В полное сопротивление фаз относительно земли Z = 100 кОм, а сопротивление человека Rh, = 1 кОм, ток, проходящий через человека, не превысит 10 мА; Ih = 3х220/100 = 6,6 мА. Для разделения сетей могут применяться не только трансформаторы (рис. 32), позволяющие изолировать электроприемники от сети, но и преобразователи частоты и выпрямительные устройства, которые связываются с питающей их сетью через трансформаторы. При соединении через автотрансформатор сеть остается единой и ток замыкания на землю и ток через человека не уменьшаются.

Область применения электрического разделения сетей – электроустановки до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной степенью опасности (передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент и т. п.).

Малое напряжение – это номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током. Для повышения безопасности в условиях с повышенной опасностью и в особо опасных условиях для ручного электроинструмента (дрель, гайковерт и др.) применяется напряжение 42 В и ниже, а для ручных ламп 12 В. Кроме того, в шахтерских лампах и некоторых бытовых приборах применяются очень малые напряжения, вплоть до 2,5 В.

Если принять сопротивление человека равным 1 кОм, то ток, проходящий через человека при напряжении 42 В, будет равен 42 мА. Хотя при U = 42 В сопротивление человека несколько кОм, ток для большинства людей все равно будет являться неотпускающим. Лишь при напряжении 6-10 В ток через человека не превысит допустимого при случайном прикосновении значения, равного 10 мА. Таким образом, наибольшая степень безопасности достигается при напряжениях до 10 В.

Поэтому для достижения необходимой степени безопасности при работе в помещениях с повышенной опасностью или в особо опасных помещениях дополнительно применяются другие защитные меры, в частности двойная изоляция, защита от прикосновения и др.

В качестве источников малого напряжения применяются батареи гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки, преобразователи частоты и понизительные трансформаторы. Применение автотрансформаторов для этой цели недопустимо, так как в этом случае отсутствует гальваническая развязка с сетью.

Надежным средством защиты человека от поражения электрическим током является двойная изоляция, состоящая из основной и дополнительной. Основная (рабочая) электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки обеспечивает нормальную ее работу и защиту от поражения электрическим током, а дополнительная электрическая изоляция предусматривается дополнительно к основной изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.

Область применения двойной изоляции ограничивается электрооборудованием небольшой мощности – электрифицированным ручным инструментом, некоторыми переносными устройствами, бытовыми приборами и ручными электрическими лампами (рис. 33).

К защитным мерам относится контроль и профилактика повреждений изоляции. Непосредственно контроль изоляции заключается в измерении ее активного и омического сопротивления для обнаружения дефектов и предупреждения замыкания на землю и коротких замыканий.

В порядке профилактики повреждений изоляции, при которых возникает опасность поражения электрическим током, а также выходит из строя оборудование, согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) периодически проводятся испытания повышенным напряжением и контроль сопротивления изоляции. Измерения сопротивления изоляции проводят мегомметром. Чтобы не повредить изоляцию при проведении испытаний. Правила эксплуатации (ПЭ) регламентируют напряжение мегомметра в зависимости от номинального напряжения электроустановки. Выявленные участки с дефектной изоляцией подвергаются ремонту. В настоящее время для контроля состояния изоляции находят широкое применение устройства автоматического (непрерывного) контроля активного сопротивления изоляции сети или электроустановки относительно земли.

Выравнивание потенциалов – это способ снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

Для равномерного распределения электрического потенциала на площадке, занятой электрическим оборудованием, применяются искусственные заземлители. Для этих целей на территории открытых распределительных устройств (ОРУ) прокладывают заземляющие полосы на глубине 0,5-0,7 м вдоль рядов оборудования и в поперечном направлении, т. е. образуется заземляющая сетка, к которой присоединяется заземляемое оборудование.

При пробое изоляции в каком-либо аппарате его корпус и заземляющий контур окажутся под некоторым потенциалом φз. Так как заземлители располагаются на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга, поля растекания заземлителей накладываются, и любая точка поверхности грунта внутри контура приобретает значительный потенциал, уменьшающийся по мере удаления от заземлителей. Однако из-за близости заземлителей друг от друга разность потенциалов между точками, находящимися внутри контура, существенно уменьшается, происходит как бы выравнивание потенциалов, и поэтому напряжения прикосновения и шага будут небольшими и относительно безопасными для человека.

Понятно, что выравнивание потенциалов используется прежде всего при эксплуатации установок выше 1000 В.

Наибольшее распространение среди технических мер защиты человека в сетях до 1000 В получили защитное заземление, зануление, защитное отключение.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением (рис. 34).

 

Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения при попадании напряжения на нетоковедущие части (вследствие замыкания на корпус или других причин), что достигается уменьшением разности потенциалов между корпусом электроустановки и землей как из-за малого сопротивления заземления, так и повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли. Чем меньше сопротивление заземления, тем выше защитный эффект.

Значение сопротивления защитного заземления определяется из условия обеспечения на корпусе электроустановки допустимого напряжения прикосновения Uпду, т. е.

 

,

 

где α – коэффициент напряжения прикосновения, α = 1; I3 – расчетный ток замыкания на землю.

В сетях до 1000 В расчетный ток замыкания на землю равен I3 ≈ 3Uф / Zзм, где Zзм – сопротивление грунта в месте замыкания, Zзм ≈ 100 Ом.

Для Uл = 380 В I3 ≈ 3·220/100 = 6,6 А, откуда при Uпду = 20 В (в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82) и наиболее опасном значении α = 1 имеем R3 = 20/6,6. 1 ≈ 3 Ом.