Небезпека електричних мереж трьох та однофазних. Аналіз мереж

Усі випадки поразки людини струмом внаслідок електричного удару - наслідок дотику щонайменше ніж до двох точок електричної ланцюга, між якими існує різниця потенціалів. Небезпека такого дотику багато в чому залежить від особливостей електричної мережі та схеми включення до неї людини. Визначивши силу струму/год, що проходить через людину з урахуванням цих факторів, можна вибрати відповідні захисні заходи для зниження небезпеки ураження.

Двофазне включення людини до ланцюга струму (рис. 8.1, а). Воно відбувається досить рідко, але більш небезпечно в порівнянні з однофазним, так як до тіла прикладається найбільша в цій мережі напруга - лінійна, а сила струму, А, що проходить через людину, не залежить від схеми мережі, режиму її нейтралі та інших факторів, тобто.

I = Uл/Rч = v 3Uф/Rч,

де Uл і Uф - лінійна і фазна напруга, В; Rч - опір тіла людини, Ом (відповідно до Правил пристрою електроустановок у розрахунках Rч приймають рівним 1000 Ом).

Випадки двофазного дотику можуть статися при роботі з електрообладнанням без зняття напруги, наприклад, при заміні запобіжника, що згорів, на введенні в будівлю, застосуванні діелектричних рукавичок з розривами гуми, приєднанні кабелю до незахищених затискачів зварювального трансформатора і т. п.

Однофазне включення. На струм, що проходить через людину, впливають різні чинники, що знижує небезпеку поразки проти двофазним дотиком.

Мал. 1. Схеми можливого включення людини в мережу трифазного струму: а - двофазний дотик; б - однофазний дотик в мережі із заземленою нейтраллю; в -- однофазний дотик у мережі із ізольованою нейтраллю

В однофазній двопровідній мережі, ізольованій від землі, силу струму А, що проходить через людину, при рівності опору ізоляції проводів щодо землі r1 = r2 = r, визначають за формулою

Iч = U/(2Rч + r),

де U-- напругамережі, В; r - опір ізоляції, Ом.

У трипровідній мережі з ізольованою нейтраллю при r1 = r2 = r3 = rток піде від місця контакту через тіло людини, взуття, підлогу та недосконалу ізоляцію до інших фаз (рис. 8.1, б). Тоді

Iч = Uф/(Ro + r/3),

де Rо - загальний опір, Ом; RO = Rч + Rоп + Rп; Rоб - опір взуття, см: для гумового взуття Rоб? 50 000 Ом; Rn - опір підлоги, Ом: для сухої дерев'яної підлоги, Rп = 60000 Ом; г - опір ізоляції проводів, Ом (відповідно до ПУЕ має бути не менше 0,5 МОм на фазу ділянки мережі напругою до 1000 В).

У трифазних чотирипровідних мережах струм піде через людину, її взуття, підлогу, заземлення нейтралі джерела та нульовий провід (рис. 8.1, в). Сила струму, А, що проходить через людину,

Iч = Uф (Rо + Rн),

де RH - опір заземлення нейтралі, Ом. Нехтуючи опором RH, отримаємо:

На підприємствах сільського господарства в основному застосовують чотирипровідні електричні мережі з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В. Їх перевага полягає в тому, що за допомогою їх можна отримати дві робочі напруги: лінійне Uл = 380 В і фазне Uф = 220 В. До таких мереж не пред'являють високих вимог до якості ізоляції проводів та їх застосовують за великої розгалуженості мережі. Дещо рідше використовують трипровідну мережу з ізольованою нейтраллю при напрузі до 1000В - безпечнішу, якщо опір ізоляції проводів підтримується на високому рівні.

Напруга дотику. Воно виникає в результаті торкання електроустановок або металевих частин обладнання, що знаходяться під напругою.

Якщо електричний струм тече через стрижневий заземлювач, занурений у землю так, що його верхній кінець розташований на рівні землі, то напруга дотику,

де I3 – сила струму замикання на землю, А; с - питомий опір основи (грунту, статі тощо. буд.), у якому перебуває людина, Ом*м; l і d - Довжина і діаметр заземлювача, м; х - відстань від людини до центру заземлювача, м; а - коефіцієнт напруги дотику.

б = Rч/(Rч + Rоб + Rn) = Rч/Rо.

Нехтуючи опором взуття (коли воно мокре або за його відсутності), можна записати для наступних випадків:

ступні ніг видалені одна щодо іншої на відстані кроку

б=1/(1 + 1,5с/Rгод);

ступні ніг знаходяться поруч

б = 1 / (1 + 2с / R год).

Крокова напруга. Це напруга Uш на тілі людини при положенні ніг у точках поля розтікання струму із заземлювача або від проводу, що впав на землю, де знаходяться ступні, коли людина йде в напрямку заземлювача (проводу) або від нього (рис. 8.2).

Якщо одна нога знаходиться на відстані х від центру заземлювача, то інша - на відстані х + а, де а - Довжина кроку. Зазвичай у розрахунках приймають а = 0,8 м-коду.

Максимальна напруга в цьому випадку виникає у точці замикання струму на землю, а в міру віддалення від неї воно знижується за законом гіперболи. Вважають, що з відривом 20 м від місця замикання потенціал землі дорівнює нулю.

Крокова напруга,

Мал. 2.

Навіть при невеликій кроковій напрузі (50...80 В) може виникнути мимовільне судомне скорочення м'язів ніг і, як наслідок цього - падіння людини на землю. При цьому він одночасно стосується землі руками та ногами, відстань між якими більша, ніж довжина кроку, тому діюча напруга збільшується. Крім того, в такому положенні людини утворюється новий шлях проходження струму, що стосується життєво важливих органів. У цьому створюється реальна загроза смертельного поразки. При зменшенні довжини кроку крокове напруження знижується. Тому, щоб вибратися із зони дії крокової напруги, слід пересуватися стрибками на одній нозі або на двох зімкнутих ногах або якомога коротшими кроками (в останньому випадку допустимим вважають напругу не більше 40 В).

Багато хто з нас ще з дитинства пам'ятають про те, що оголений обірваний дріт, що впав на землю, - це дуже небезпечно. Пам'ятаються різні пристрасті-мордасті про мокру погоду і про нещасні жертви, які навіть не мали «щастя» доторкнутися до металу, що перебуває під напругою і спричинив їхню травму. Загалом їх і догодило пройти в небезпечній близькості від пошкодженої лінії - і цього виявилося більш ніж достатньо.

Але що ж це за явище, завдяки якому провід, який «невинно» полягає осторонь, стає смертельною загрозою? Всім відомо, що електротравму людині може нанести тільки електричний струм, що проходить через його тіло. А електричному струму потрібна вільна дорога. Необхідно, як мінімум, дві точки додатку на тілі того, кому не пощастило: одна з них - фаза, звідки струм може прийти, а друга - нуль, куди може вільно піти.

Але дозвольте, яка «фаза»? Ну, «нуль» - ще зрозуміло, але звідки «фаза», якщо людина спокійно крокує собі землею і жодних дротів навіть не чіпає? Адже нічого такого, здається, і немає - просто волога земля. Стежка, наприклад. Так, фазний обірваний провід лежить неподалік в кущах. Але він же безпосередньо на землю і замкнувся - ланцюг не включає в себе пішохода, що прогулюється, і струм через нього йти не повинен. Але це лише так здається.

Боятися було б нічого, якби земля була чудовим провідником із опором, близьким до опору металу. Тоді обрив дроту та падіння його на землю завершувалися б банальним коротким замиканням.

Спрацьовував би максимально-струмовий захист, або згоряв би обірваний провід, але в будь-якому разі довго б це не тривало. А насправді питомий електричний опір ґрунту становить мінімум 60 Ом*м, а найчастіше й більше, навіть якщо погода волога і дощить. Тому при обриві приводу та замиканні його на землю для електричного струму просто виникає новий ланцюг: фазний провід – земля – заземлена нейтраль трансформатора.

Через не дуже високу провідність землі струму доводиться добряче попрацювати, щоб пройти цим ланцюгом, але варіантів у нього немає. Струм «із задоволенням скористався» якоюсь ще іншою, «паралельною дорогою», яка дозволила б йому скоротити шлях. І такою дорогою може стати тіло пішохода.

Говорячи по-науковому, на єдиному суттєвому опорі ланцюга провід-земля-нейтраль - вологому грунті - відбувається падіння напруги (зміна електричного потенціалу) від 220 вольт біля проводу, що впав, до нуля у нейтралі трансформатора.

Падіння це відбувається нелінійно, але суть зводиться до того, що чим ближче до дроту - тим швидше зростає потенціал землі. Значить, чим ближче до місця обриву – тим більша різниця потенціалів між двома точками поверхні, розташованими на певній відстані. А нещасний перехожий може стояти однією ногою на першій із цих точок та іншою ногою – на другій із них. При цьому він, звичайно, сприйме на себе різницю потенціалів, а це може виявитися практично вся фазна напруга, якщо провід близько.

Зрозуміло, там, де з'явилося напруження, - там і струм не забариться. От і все. Не встигнувши усвідомити тяжкість свого становища, перехожий отримує удар струмом, можливо, смертельний.

Напруга, що у таких випадках між ступнями людини, називається «кроковим напругою» чи «напругою кроку», й у боротьби з нею є деякі заходи.

Найнадійніша з цих заходів – вирівнювання потенціалів. При цьому ділянка поверхні ґрунту, де можлива аварія із фазним замиканням на землю, оснащується сіткою із заземлених провідників, закладених прямо під поверхнею.

Працює це дуже просто: потенціал провідника у всіх точках завжди однаковий, тому, перебуваючи на такій сітці, потрапити під напругу просто неможливо. Вирівнювання потенціалів проводять на території відкритих розподільчих пристроїв (ГРП) та в інших потенційно небезпечних місцях.

Але, на жаль, оснастити кожну опору ЛЕП сіткою вирівнювання потенціалів неможливо. Тому кожній людині, яка навіть не є електриком, необхідно проявляти пильність: звертайте увагу на стан ліній електропередач навколо вас, особливо в дощову погоду. Звертайте увагу на свої відчуття: якщо вас «пощипує», а то й «тряхує» при ходьбі – це досить вірна ознака впливу крокової напруги.

Зрозумівши, що ви знаходитесь в зоні можливого впливу крокової напруги, потрібно постаратися вийти з неї. Але робити це треба гусячим кроком - приставляючи п'яту ноги, якою крокуєте, до носка ноги, на якій стоїте. Таким чином, при ходьбі обидві ноги будуть знаходитися практично в одній точці з одним електричним потенціалом – напруга між ними не виникне.

Проходження струму через людину є наслідком його дотику не менше, ніж до двох точок електричного ланцюга, між якими є деяка різниця потенціалів (напруга).

Небезпека такого дотику є неоднозначною і залежить від ряду факторів:

схеми включення людини в електричний ланцюг;

напруги мережі;

схеми самої мережі;

режиму нейтралі мережі;

ступеня ізоляції струмовідних частин від землі;

ємності струмопровідних частин щодо землі.

Класифікація мереж напругою до 1000 В

Однофазні мережі

Однофазні мережі розділяться на двопровідні та однопровідні.

Двопровідні

Двопровідні мережі діляться на ізольовані від землі та із заземленим проводом.

Ізольовані від землі

Із заземленим дротом

Дані мережі широко використовуються у народному господарстві, починаючи з живлення малою напругою переносного інструменту та закінчуючи живленням потужних однофазних споживачів.

Однопровідні

У разі однопровідної мережі роль другого дроту виконує земля, рейка і т.д.

Однофазна мережа. Однопровідна

Основне застосування ці мережі отримали в електрифікованому транспорті (електровози, трамваї, метро тощо).

Трифазні мережі

Залежно від режиму нейтралі джерела струму та наявності нейтрального або нульового провідника можуть бути виконані за чотирма схемами.

Нейтральна точка джерела струму- точка, напруги на якій щодо всіх фаз однакові за абсолютним значенням.

Нульова точка джерела струму- Заземлена нейтральна точка.

Провідник, приєднаний до нейтральної точки, називається нейтральним провідником (нейтраллю), а до нульової точки - нульовим провідником.

1. Трипровідна мережа із ізольованою нейтраллю

2. Трипровідна сісти із заземленою нейтраллю

3. Чотирьох провідна мережа із ізольованою нейтраллю

4. Чотирьох провідна мережа із заземленою нейтраллю

При напрузі до 1000В нашій країні використовуються схеми «1» і «4».

Схеми включення людини в електричний ланцюг

Двофазний дотик- між двома фазами електричної мережі. Як правило, найбільш небезпечне т.к., має місце бути лінійна напруга. Однак ці випадки досить рідкісні.

Однофазний дотик- між фазою та землею. При цьому передбачається наявність електричного зв'язку між мережею та землею.

Докладніше про схеми включення людини в ланцюг див. Долін П.А. Основи техніки безпеки у електроустановках.

Однофазні мережі

Ізольована від землі

Нормальний режим

Чим краща ізоляція проводів щодо землі, тим менша небезпека однофазного дотику до дроту.
Дотик людини до дроту з великим електричним опором ізоляції є більш небезпечним.

Аварійний режим

При замиканні дроту на землю людина доторкнулась до справного дроту, виявляється під напругою, що дорівнює майже повній напругі лінії, незалежно від опору ізоляції проводів.

Із заземленим дротом

Дотик до незаземленого дроту

У даному випадкулюдина виявляється практично під повною напругою мережі.

Дотик до заземленого дроту

У нормальних умовах дотик до заземленого дроту практично не є небезпечним.

Дотик до заземленого дроту. Аварійний режим роботи

При короткому замиканні напруга на заземленому дроті може досягати небезпечних значень.

Трифазні мережі

З ізольованою нейтраллю

Нормальний режим

Небезпека дотику визначається повним електричним опором проводів щодо землі, із збільшенням опору, небезпека дотику зменшується.

Аварійний режим

Напруга дотику практично дорівнює лінійному напрузі мережі. Найнебезпечніший випадок.

Із заземленою нейтраллю

Нормальний режим

Людина у разі виявляється майже під фазним напругою мережі.

Аварійний режим

Величина напруги дотику лежить між лінійною та фазною напругою, залежить від співвідношення між опором замикання на землю та опором заземлення.

Заходи забезпечення електробезпеки

Виключення контакту людини з струмопровідними частинами.
Релаїзується за допомогою розташування струмопровідних частин у недосяжних місцях (на висоті, в кабельних каналах, коробах, трубах і т.д.)

Використання малої напруги (12, 24, 36 В).
Наприклад, для живлення ручного інструменту у приміщеннях з підвищеною небезпекою ураження електричним струмом.

Використання подвійної ізоляції.
Наприклад, виконання корпусу електроустановки з діелектрика.

Застосування засобів індивідуального захисту.
Перед застосуванням ЗІЗ необхідно обов'язково переконатися в їх справності, цілісності, а також перевірити терміни попередньої та подальшої перевірки інструменту.

Основні захисні засобизабезпечують безпосередній захист від ураження електричним струмом.
Додаткові захисні засобине можуть самостійно забезпечити безпеку, але можуть допомогти при використанні основних засобів.

Контролює ізоляцію обладнання та мереж.
- вихідний контроль.
– Плановий.
- Позачерговій тощо.

Захисний поділ мереж.
Дозволяє зменшити ємність ліній поблизу споживачів електричної енергії.

Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання металевих нетоковедущих частин, що можуть опинитися під напругою, із землею або її еквівалентом (популярно про заземлення на geektimes.ru).

У мережах до 1000 У захисне заземлення застосовується в мережах з ізольованінейтраллю.
Принцип дії полягає у зменшенні до безпечного значення напруги дотику.

Коли заземлення неможливе, з метою захисту вирівнюють потенціал основи на якому стоїть людина та обладнання шляхом підвищення. Наприклад, з'єднання ремонтного кошика із фазним провідником ЛЕП.

Заземлювачі поділяються на:
a. Штучні, призначені для заземлення безпосередньо.
b. Природні, які у землі металеві предмети іншого призначення, які можна використовувати як заземлителей. Винятки за критерієм вибухопожежонебезпеки (газопроводи і т.д.).

Опір заземлення має бути трохи більше кількох Ом. При цьому згодом у результаті корозії опір заземлювача зростає. Тому його величина має періодично контролюватись (зима/літо).

Захисне занулення - навмисне з'єднання металевих нетоковедущих частин, які можуть опинитися під напругою, з багаторазово заземленим нульовим захисним провідником.

Область застосування - електроустановки із заземленою нейтраллю з напругою до 1000В.

Принцип дії - перетворення замикання на корпус обладнання однофазне коротке замикання, з наступним відключенням обладнання з перевищення максимально допустимої сили струму.

Струмовий захист реалізується або за допомогою автоматичних вимикачів, або плавких запобіжників. Особливу увагу необхідно приділити вибору товщини нульового захисного дроту, достатньої проведення струму короткого замикання.

Застосування ПЗВ (пристроїв захисного відключення).

Даний вид захисту спрацьовує, коли струми вхідний і що виходить у контурі, що відстежується, не збігаються за величиною тобто, коли має місце бути витік струму. Наприклад, при дотику людини до фазного дроту, частина струму йде повз основний контур в землю, що і викликає відключення живлення обладнання в контрольованому контурі. Детальніше, .

Аналіз небезпеки ураження електричним струмом різних мережах

Поразка людини електрострумом можлива лише за її безпосередньому контакту з точками електроустановки, між якими існує напруга, або з точкою, потенціал якої відрізняється від потенціалу землі. Аналіз небезпеки такого дотику, що оцінюється величиною струму, що проходить через людину, або напругою дотику, залежить від ряду факторів: схеми включення людини в електромережу, її напруги, режиму нейтралі, ізоляції струмопровідних частин, їх ємнісної складової і т. п.

При вивченні причин ураження струмом необхідно розрізняти прямий контакт із струмопровідними частинами електроустановок та опосередкований. Перший, як правило, виникає при найгрубіших порушеннях правил експлуатації електроустановок (ПТЕ та ПТБ), другий - в результаті аварійних ситуацій, наприклад, при пробої ізоляції.

Схеми включення людини в електричний ланцюг можуть бути різними. Однак найбільш поширеними є дві: між двома різними проводами - двофазне включення та між одним проводом або корпусом електроустановки, одна фаза якої пробита, і землею - однофазне включення.

Статистика показує, що найбільше електротравм відбувається при однофазному включенні, причому більшість з них - в мережах напругою 380/220 В. Двофазне включення є небезпечнішим, оскільки в даному випадку людина знаходиться під лінійною напругою, при цьому сила струму, що проходить через людину, складе (в А)

де Uл – лінійна напруга, тобто. напруга між фазними проводами,; Uф - фазне напруження, тобто. напруга між початком і кінцем однієї обмотки (або між фазним та нульовим проводом), Ст.

Як видно із рис. 8.1, небезпека двофазного включення залежить від режиму нейтралі. Нейтраллю називається точка з'єднання обмоток трансформатора або генератора, не приєднана до заземлювального пристрою або приєднана до нього через апарати з великим опором (мережа з ізольованою нейтраллю), або безпосередньо з'єднана із заземлюючим пристроєм - мережа з нейтраллю глухозаземленной.

При двофазному включенні струм, що проходить через тіло людини, не зменшиться при ізолюванні людини від землі з використанням діелектричних калош, бот, килимків, підлог.

При однофазному включенні людини в мережу сила струму багато в чому визначається режимом нейтралі. Для випадку сила струму, що проходить через людину, складе (в А)

, (8.3)

де w – частота; С - ємність фаз щодо землі

Мал. 8.1. Включення людини у трифазну мережу із ізольованою нейтраллю:
а – двофазне включення; б – однофазне включення; Ra, Rt, Rc – електроопір ізоляції фаз щодо землі. Ом; Са, Сb, Сс - ємність проводів щодо землі, Ф, Ia, Ib, IС струми, що стікають на землю через опір ізоляції фаз (струми витоку)

Для спрощення формули прийнято, що Ra = Rb = Rc = Rіз, а Са = Cb = Cc = С.

У виробничих умовах ізоляція фаз, виготовлена ​​з діелектричних матеріалів і має кінцеву величину, у процесі старіння, зволоження, покриття пилом змінюється у кожної фази неоднаково. Тому розрахунок безпечних умов, який значною мірою ускладнюється, необхідно вести з урахуванням реальних значень опору R та ємностей для кожної фази. Якщо ємність фаз щодо землі мала, тобто Са = Cb = Сс = 0 (наприклад, у повітряних мережах невеликої протяжності), то

Iч = Uф/(Rч+Rіз/3), (8.4)

Якщо ж ємність велика (Са = Сь = Сс не дорівнює 0) і Rіз велике (наприклад, у кабельних лініях), то сила струму, що протікає через тіло людини, визначатиметься лише ємнісною складовою:

, (8.5)

де Хс = 1/wС-ємнісний опір, Ом.

З наведених виразів видно, що в мережах із ізольованою нейтраллю небезпека ураження людини струмом тим менша, чим менша ємнісна і вища активна складова фазних проводів щодо землі. Тому в таких мережах дуже важливо постійно контролювати Rіз для виявлення та усунення пошкоджень.

Мал. 8.2. Включення людини у трифазну мережу із ізольованою нейтраллю при аварійному режимі. Пояснення у тексті

Якщо ємнісна складова велика, то високий опір ізоляції фаз не забезпечує необхідного захисту.

У разі аварійної ситуації (рис. 8.2), при замиканні однієї з фаз на землю, сила струму, що проходить через людину, дорівнюватиме (в А)

Якщо прийняти, що Rзм = 0 або Rзм<< Rч (что бывает в реальных аварийных условиях), то, исходя из приведенного выражения, человек окажется под линейным напряжением, т. е. попадет под двухфазное включение. Однако чаще всего R3M не равно 0, поэтому человек будет находиться под напряжением, меньшим Uл, но большим Uф, при условии, что Rиз/3 >> Rзм.

Замикання на землю істотно змінює і напругу струмопровідних частин електроустановки щодо землі та заземлених конструкцій будівлі. Замикання на землю завжди супроводжується розтіканням струму в ґрунті, що, у свою чергу, призводить до виникнення нового виду поразки людини, а саме потрапляння під напругу дотику та напругу кроку. Таке замикання може бути випадковим чи навмисним. В останньому випадку провідник, що перебуває в контакті із землею, називається заземлювачем або електродом.

В обсязі землі, де проходить струм, виникає так зване поле (зона) розтікання струму. Теоретично воно тягнеться до нескінченності, проте в реальних умовах вже на відстані 20 м від заземлювача щільність струму розтікання та потенціал практично дорівнюють нулю.

Характер потенційної кривої розтікання істотно залежить від форми заземлювача. Так, для одиночного напівсферичного заземлювача потенціал на поверхні землі змінюватиметься за гіперболічним законом (рис. 8.3).

Мал. 8.3. Розподіл потенціалу на поверхні землі навколо напівкульового заземлювача (ф - зміна потенціалу заземлювача на поверхні землі; фз -максимальний потенціал заземлювача при силі струму замикання на землю I3; r - радіус заземлювача)

Мал. 8.4. Напруга дотику при одиночному заземлювачі (ф3 - сумарний опір ґрунту розтіканню струму від заземлювача):
1 – потенційна крива; 2 - крива, що характеризує зміну Uпр у міру віддалення від заземлювача; 3 - пробій фази на корпус

Залежно від місця знаходження людини в зоні розтікання та її контакту з електроустановкою б, корпус якої заземлений і знаходиться під напругою, людина може потрапити під напругу дотику Uпр (рис. 8.4), що визначається як різниця потенціалів між точкою електроустановки, якою стосується людина ф3, і точкою ґрунту, на якій він стоїть - фосн (у В)

Uпр = ф3 – фосн = ф3 (1 – фосн/ф3), (8.7)

де вираз (1 - фосн/ф3) = а1 є коефіцієнт напруги дотику, що характеризує форму потенційної кривої.

З рис. 8.4 видно, що напруга дотику буде максимальною при видаленні людини від заземлювача на 20 м і більше (електроустановка в) і чисельно дорівнює потенціалу заземлювача Uпр = ф3, при цьому а1 = I. Якщо ж людина стоїть безпосередньо над заземлювачем (електроустановка а), то Unp = 0 та а1 = 0. Це найбезпечніший випадок.

Вираз (8.7) дозволяє обчислити Unp без урахування додаткових опорів у ланцюгу людина - земля, т. е. без урахування опору взуття, опору опорної поверхні ніг та опору статі. Усе це враховується коефіцієнтом а2, у реальних умовах величина напруги дотику буде ще менше.

Схеми включення людини в ланцюг струму можуть бути різними:

· між двома проводами;

· між проводом та землею;

· між двома проводами та землею одночасно і т.п.

Проте найхарактернішими є перші дві схеми. Стосовно трифазних мереж змінного струму першу схему зазвичай називають двофазним включенням, а другу - однофазним.

Двофазне включення, тобто. дотик людини одночасно до двох фаз (рис. 11.3.), як правило, небезпечніше, ніж однофазне, оскільки до тіла людини прикладається найбільша в цій мережі напруга - лінійна, і тому через людину піде більший струм, сила якого визначається за формулою:

де I год - сила струму, що проходить через тіло людини, А; U л = 1,73 U ф – лінійна напруга, тобто. напруга між фазними проводами мережі,; U ф - фазна напруга, В; R год - опір тіла людини, Ом.

Мал. 11.3 Схема двофазного включення

людини в ланцюг струму в трифазній мережі

Неважко бачити, що при двофазному включенні струм, що проходить через людину, практично не залежить від режиму нейтралі мережі, отже, двофазне включення є однаково небезпечним у мережі як із ізольованою, так і із заземленою нейтралями.

Однофазне включення відбувається значно частіше, але менш небезпечно, ніж двухфазное, оскільки напруга, під яким виявляється людина, вбирається у фазного, тобто. менше лінійного у 1,73 рази. Крім того, на значення цього струму впливають також режим нейтралі джерела струму, опір статі, на якому стоїть людина, опір взуття та деякі інші фактори.

У мережі із заземленою нейтраллю (рис. 11.4) послідовно з опором тіла людини (R год) виявляються включеними опір взуття (R об), опір підлоги (R n) та опір заземлення нейтралі джерела струму (R о).

Мал. 11.4 Схема однофазного включення людини в ланцюг струму в трифазній чотирипровідній мережі із заземленою нейтраллю

З урахуванням цих опорів сила струму (I год), що проходить через людину, буде відокремлюватись за формулою:

I год = ,

де R год - опір тіла людини, Ом; R про - опір взуття, Ом; R n - Опір статі, Ом; R о - опір заземлення нейтралі, Ом.

У мережі із ізольованою нейтраллю (рис.

11.5.), струм, що проходить через людину, повертається до джерела струму через ізоляцію проводів, яка має великий опір. Значення сили струму, що проходить через людину, визначається при цьому за формулою:

I год = ,

де R з - Опір ізоляції однієї фази мережі щодо землі, Ом.

У мережі з ізольованою нейтраллю умови безпеки перебувають у прямій залежності не тільки від опору підлоги та взуття, а й від опору ізоляції проводів щодо землі: чим краща ізоляція, тим менший струм, що протікає через людину.

Мал. 11.5 Схема однофазного включення людини в ланцюг струму в трифазній мережі із ізольованою нейтраллю

Таким чином, за інших рівних умов однофазне включення людини в мережі із ізольованою нейтраллю менш небезпечно, ніж у мережі із заземленою нейтраллю. Цей висновок справедливий за день нормальних (безаварійних) умов роботи мережі. У разі аварії, коли одна з фаз замкнута на землю, мережа із ізольованою нейтраллю може виявитися більш небезпечною, оскільки внаслідок старіння ізоляції, зволоження та за інших несприятливих умов опір ізоляції знижується. В результаті цього напруга між будь-якою неушкодженою фазою і землею може збільшитися з фазного до лінійного, у той час як у мережі із заземленою нейтраллю напруга неушкоджених фаз щодо землі практично не зростає, тобто. залишається у межах фазного.

Таким чином, безпека людини забезпечується високою якістю ізоляції, яка контролюється у процесі профілактичних випробувань. Періодичний контроль ізоляції полягає в тому, щоб визначити опір ізоляції кожної фази щодо землі та між фазами на кожній ділянці, між двома послідовно встановленими запобіжниками, апаратами або за останнім запобіжником.

Електрична ізоляція силової або освітлювальної електропроводки вважається достатньою, якщо її опір між проводом кожної фази і землею, або між різними фазами на ділянці, обмеженій послідовно включеними плавкими запобіжниками, становить не менше 0,5 МОм (відповідно до правил улаштування електроустановок).

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 ( вражаючий струм), залежить лише від напруги мережі та опору тіла людини і не залежить від режиму нейтралі живильного трансформатора мережі. Електричні мережі ділять на однофазні та трифазні. Однофазна мережа може бути ізольована від землі або мати заземлений провід. На рис. 1 зображено можливі варіантипідключення 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. У Останніми рокамирозроблені 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.