Действие электрического тока на организм человека

К основным мерам защиты относятся:

1. Защитное заземление, зануление, отключение.
2. Использование малых напряжений.
3. Применение изоляции.
4. Средства коллективной защиты.

 

5.3.1 Защитное заземление

Защитное заземление – это преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с землей. Электрическое сопротивление такого соединения должно быть минимальным (не более 4 Ом для сетей с напряжением до 1000 В. и не более 10 Ом для остальных сетей). Различают 2 типа заземления: выносное и контурное. Выносное заземление характеризуется тем, что его заземлитель (элемент заземляющего устройства, непосредственно контактирующий с землей) вынесен за пределы площадки, на которой установлено оборудование. Контурное заземление состоит из нескольких соединенных заземлителей, размещенных по контуру площадки с защищаемым оборудованием. Такой тип заземления применяют в установках выше 1000 В. В электроустановках до 1000 В сечение заземляющего проводника должно быть не менее 4 мм². Заземлять электрические приборы строго запрещено на батареи отопления и водопроводные трубы, поскольку при контакте с ними ничего не подозревающий человек получит травму. На рис. 5.1 приведена принципиальная схема защитного заземления:

Рисунок 5.1 - Принципиальная схема защитного заземления

Для заземления в первую очередь используют естественные заземлители, то есть находящиеся в соприкосновении с землёй электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного и другого назначения. Использование протяжённых и разветвлённых естественных заземлителей позволяет снизить сопротивление заземляющего устройства, а также способствует выравниванию потенциала. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение всех требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители (специально выполненные для целей заземления) можно не сооружать.

5.3.2 Защитное зануление

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно считается основным средством обеспечения электробезопасности в трехфазных сетях. Смысл зануления состоит в том, что оно превращает замыкание фазы на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате которого срабатывает защита (перегорает предохранитель), отключая поврежденный участок сети. Зануление применяется лишь в электроустановках до I кВ с глухозаземленной нейтралью. В соответствии с требованиями ПУЭ такие установки выполняются четы-рёхпроводными. В остальных группах электроустановок применяется защитное заземление.

Принципиальная схема зануления приведена на рис. 5.2:

Рисунок 5.2- Принципиальная схема зануления

1 - корпус однофазного  приемника тока;

2 - корпус трехфазного  приемника тока;

3 - предохранители;

4 - заземлители;

Iк - ток однофазного короткого замыкания;

Ф - фазный провод;

Uф - фазное напряжение;

HР - нулевой рабочий проводник;

HЗ - нулевой защитный проводник;

КЗ - короткое замыкание

Рисунок 5.3 – Защитное зануление

 

Из рисунка 5.3 видно, что в момент замыкания фазы на корпус образуется петля «фаза-нуль»: начало фазной обмотки трансформатора - фазный провод - место пробоя изоляции - провод РЕ- провод PEN-нейтраль трансформатора. Таким образом, зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание. Под действием тока к. з. срабатывает защита (предохранитель, автоматический выключатель), и поврежденная часть установки отключается от питающей сети. Чем быстрее произойдет отключение тем эффективнее защитное действие зануления: пока поврежденная часть установки остаётся под напряжением, прикосновение ко всем занулённым корпусам электрооборудования (в том числе исправного) опасно. Для уменьшения этой опасности выполняют повторное заземление нулевого провода: ту же роль играет присоединение зануленных корпусов к заземлителю, однако полностью устранить опасность электропоражения такими мерами не удаётся. В соответствии с требованиями ПУЭ в сети напряжением 380 В сопротивление повторного заземления нулевого провода не должно превышать 30 Ом.

 

5.3.3 Защитное отключение

К устройствам защитного отключения относятся приборы, обеспечивающие автоматическое отключение электроустановок при возникновении опасности поражения током. Они состоят из датчиков, преобразователей и исполнительных органов.

Устройства защитного отключения(УЗО) создаются на различных принципах действия. Наиболее совершенным является УЗО, реагирующее на ток утечки (дифференциальный ток). Достоинство его состоит в том, что оно защищает человека от поражения электрическим током не только в случае прикосновения к металлическим корпусам, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции (о чём говорится в приведённом определении), но и при прямом прикосновении к токоведущим частям. Современные устройства защитного отключения имеют быстродействие от 0,03 до 0,2 с.

Рисунок 5.4 - Электрическая схема электромеханического УЗО

Электрическая схема электромеханического УЗО приведена на рисунке 5.4. Датчиком устройства служит трансформатор тока утечки (I), кольцевой магнитопровод которого охватывает провода, питающие нагрузку (6) и играющие роль первичной обмотки. При отсутствии тока утечки рабочие токи (IР) в прямом (фазном) и обратном (нулевом рабочем) проводах равны и наводят в магнитопроводе равные, но противоположно направленные потоки; результирующий поток равен нулю и поэтому ЭДС во вторичной обмотке отсутствует. УЗО не срабатывает. При появлении тока утечки (например, при прикосновении человека к оголённому фазному проводу) ток в прямом проводе превышает обратный ток на величину тока утечки (IУТ); в сердечнике возникает магнитный поток небаланса, а во вторичной обмотке наводится ЭДС, пропорциональная току утечки. По обмотке магнитоэлектрической защёлки (2) протекает ток, вызывающий её срабатывание и воздействие на механизм свободного расцепления (3), отключающий контакты (4). УЗО срабатывает. Таково действие УЗО двухполюсного исполнения в цепи однофазной нагрузки.

Устройства защитного отключения могут устанавливаться на вводе в объект (здание). При этом в зону действия УЗО входят все сети и потребители данного объекта. Другой вариант установки УЗО - на групповых линиях, питающих штепсельные розетки (разъёмы). И, наконец, могут применяться УЗО - вилки, с помощью которых потребители могут подключаться к сети. В зависимости от конструкции УЗО - вилки (двух- или трех контактная) она может включаться в соответствующую розетку двух- или трёхпроводной групповой линии (см. таблицу 5.2).

 

Таблица 5.2 – Уровень безопасности разных конструкций УЗО-вилок.

Групповая линия	Класс защиты	Способ защиты	Уровень электробезопасности
Двухпроводная(L,N)	0	Рабочая изоляция	I
Трехпроводная(L,N,PE)	I	а) Рабочая изоляция б) Зануление	6,5
Двухпроводная(L,N)	0	а) Рабочая изоляция б) УЗО	167
Трехпроводная(L,N,PE)	I	а) Рабочая изоляция б) Зануление в) УЗО	1075

 

Двухпроводные групповые линии имеют место в существующем фонде жилых и общественных зданий; они характеризуются низким Уровнем электобезопасности, условно принятым за I (см. табл. 5.2). Во вновь строящихся, реконструируемых, капитально ремонтируемых зданиях должны применяться трёхпроводные групповые линии. Переход от двух - к трёхпроводным групповым линиям, т. е. применение зануления, повышает уровень безопасности в 6,5 раз. Применение УЗО в двухпроводных линиях повышает электробезопасность в 167 раз, а в трёхпроводных - в 1075 раз. Приведённые данные получены А.И. Якобсом расчётным путём; в качестве электроприёмника рассматривался бытовой холодильник (морозильник).

УЗО не защищает сеть от сверхтоков перегрузок и коротких замыканий, то есть применение УЗО не должно означать отказа от автоматов защиты сети или плавких предохранителей.

 

5.3.4 Малое напряжение

Малое напряжение — это напряжение не более 42 В., применяемое в цепях уменьшения опасности поражения электрическим током. Наибольшая степень безопасности достигается при напряжениях до 10 В. В производстве чаще используют сети напряжением 12 В. и 36 В. Для создания таких напряжений используют понижающие трансформаторы. Разумеется, напряжение не является основным критерием опасности поражения электротоком, но так как его легче фиксировать, на практике оперируют величинами допустимых напряжений. В зависимости от окружающих условий и качества изоляции человека относительно земли условно безопасными считаются напряжения 12 и 36 В. Однако полностью безопасными даже эти, сравнительно низкие величины напряжений считать нельзя, так как на исход поражения влияет соотношение электрического сопротивления человека и приложенного напряжения.

 

Определим уровень «безопасного» напряжения при работе с переменным током силой, равной силе безопасного порогового отпускающего тока

Iпорог = 10 мА

 

Uдоп = Iпорог * Rч = 0,010 * 1000 =10В,

 

где Rч=1000 Ом — принимаемое для расчетов среднее электрическое сопротивление тела человека. Таким образом, даже незначительные напряжения (12, 36 В) при неблагоприятных условиях могут быть смертельно опасными для человека. Поэтому разделение напряжений на низкие и высокие ни в какой мере не отражает технических условий безопасности, а следовательно, и не может свидетельствовать о безопасности низкого напряжения и об опасности высокого.

Применение пониженного напряжения (не выше 36 В) для питания ручных электроинструментов и переносных ламп лишь снижает вероятность поражения электротоком, но не устраняет его опасности. Анализом электротравматизма установлено, что опасность поражения человека электротоком возрастает при увеличении напряжения до 200 В, не повышается при напряжениях от 200 до 800 В и снова резко увеличивается с ростом напряжения свыше 800 В.

Электрические установки по правилам безопасности разделяют на две группы:

• становки напряжением до 1000 В;

• установки напряжением выше 1000 В, к обслуживанию которых допускаются только высококвалифицированные электрики.

Сети напряжением до 1000 В выполняются, как правило, четырехпроводными с глухозаземленной нейтралью, сети напряжением 6…35 кВ – с изолированной нейтралью, сети 110…750 кВ – с глухозаземленной нейтралью.

 

5.3.5 Использование изоляции

Изоляция – это слой диэлектрика, которым покрывают поверхность токоведущих элементов, или конструкция из непроводящего материала, с помощью которых токоведущие части отделяются от остальных частей электрооборудования. Выделяют следующие виды изоляции:

 

- рабочая. Это электрическая  изоляция токоведущих частей  электроустановки, обеспечивающая  ее нормальную работу и защиту  от поражения электрическим током.

 

- дополнительная. Это электрическая  изоляция, предусмотренная дополнительно  к рабочей изоляции для защиты  от поражения электрическим током  в случае повреждения рабочей  изоляции.

 

- двойная. Это изоляция, состоящая  из рабочей и дополнительной  изоляции.

 

- усиленная. Это улучшенная  рабочая изоляция, которая обеспечивает  такую же защиту от поражения  электрическим током, как и двойная  изоляция.

 

Основными изолирующими средствами защиты служат: изолирующие штанги, изолирующие измерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, диэлектрические галоши, коврики и т.д. К общим мерам защиты от статического электричества можно отнести общее и местное увлажнение воздуха.

 

5.3.6 Выравнивание потенциалов

Выравнивание потенциалов. При пробое изоляции на корпус, присоединённый к заземлителю. обрыве и падении провода на землю потенциалы точек земной поверхности (токопроводящего пола) вблизи от заземлителя приобретают повышенное значение (см. рис.5.4). Наибольший потенциал, равный потенциалу заземлителя j3, имеет точка земли, расположенная точно над заземлителем. При удалении от заземлителя в любую сторону потенциалы точек земли снижаются по гиперболическому закону. Можно считать, что на расстоянии более 20 м от заземлителя зона растекания заканчивается, то есть потенциалы точек земли имеют нулевое значение.

Рисунок 5.5 - Напряжение шага и прикосновения.

Человек, находящийся в зоне растекания, может попасть под напряжение шага. Напряжение шага (Uш) - это разность потенциалов между двумя точками земли, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8 м), на которых одновременно стоит человек. Из рисунка 5.4 видно, что величина Uш зависит от:

 

- ширины шага: чем она  больше, тем больше Uш;

 

- расстояния от человека  до заземлителя: при удалении  от заземлителя Uш уменьшается, обращаясь в нуль за пределами зоны растекания;

 

- величины потенциала  заземлителя: чем больше j3, тем больше  Uш.

 

Опасность воздействия напряжения шага состоит в том, что ток,протекая по пути «нога-нога», вызывает судороги мышц, что может привести к падению человека на землю. При этом возникает более опасная для человека петля тока, а также увеличивается расстояние между точками земли, которых он будет касаться. Индивидуальными средствами защиты от напряжения шага в установках выше 1000 В являются диэлектрические боты, а до 1000 В - диэлектрические галоши. Коллективным средством защиты является выравнивание потенциалов. Человек, который стоит на земле и касается оказавшегося под напряжением заземлённого корпуса (см. рис. 5.5), подвергается действию напряжения прикосновения.

 

Напряжение прикосновения (Uпр) - это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек. Практически - это разность потенциалов руки jр и ноги jн человека. На рисунке 5.5 изображены два заземлённых электроприёмника, один из которых (I) расположен вблизи от заземлителя, а другой (2) вдали (в зоне нулевого потенциала).

 

Потенциал руки человека в обоих случаях равен потенциалу заземлителя, поэтому напряжение прикосновения определяется величиной потенциала ноги. Когда человек стоит точно над заземлителем, его рука и нога находятся под одним и тем же потенциалом jР = jН = jЗ следовательно, Uпp= jР - jН =0, и человек не подвергается опасности. По мере удаления от заземлителя потенциал ноги уменьшается и разность jР - jН =Uпp возрастает. Напряжение прикосновения имеет наибольшее значение в зоне нулевого потенциала, где jН =0, а Uпp= jЗ. В этом случае случае человек подвергается наибольшей опасности. Рассмотренное явление называется выносом потенциала и заключается в том, что заземлённое оборудование расположено слишком далеко от заземлителя.